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Compressed Sensing (CS) Technologie und MR-Fingerprinting (MRF)

Das RDTM Team beschäftigt sich wissenschaftlich mit modernsten Methoden zur Optimierung der Datenaufnahme, um Messungen mit höherer räumlicher Auflösung und erweiterter quantitativer Information zu generieren. Zwei revolutionäre Methoden kommen hier zur Anwendung, zum einen die compressed sensing Technologie, zum anderen das MR-Fingerprinting (MRF).

Abbildung 1: Hochauflösende Darstellung eines Meniskusrisses mit der 3D CS Sequenz. Der horizontale Haarriss ist in seinem kompletten Verlauf dargestellt.

Abbildung 1: Hochauflösende Darstellung eines Meniskusrisses mit der 3D CS Sequenz. Der horizontale Haarriss ist in seinem kompletten Verlauf dargestellt.

Beim compressed sensing (CS) wird von der Annahme ausgegangen, dass die Daten für die gesamte Information im Bild redundant vorliegen und deshalb durch wenige, stochastisch akquirierte Datenpunkte repräsentiert werden können. Durch mathematische, iterative Rekonstruktionsalgorithmen werden die fehlenden Datenpunkte nachträglich errechnet, so dass die eigentliche Messung deutlich verkürzt beziehungsweise in der gleichen Messzeit eine deutlich höhere nominelle Auflösung erzielt werden kann (1). Das RDTM führt derzeit eine von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg genehmigte Studie zur Anwendung der CS Technologie bei Patienten mit degenerativen oder traumatischen Läsionen des Kniegelenks im Vergleich zu konventionellen MRT Sequenzen durch. Dabei kommt eine hoch auflösende 3D Sequenz mit einer räumlichen Auflösung von 0,5mm zum Einsatz.

Fingerprinting ist eine ganz neue Technologie, bei der herkömmliche Schemata zur Datenakquisition komplett verlassen werden. Stattdessen werden Signalmuster durch pseudorandomisierte Anregungen generiert und mit hinterlegten Mustern in einer Datenbank abgeglichen, die entsprechende quantitative Werte repräsentieren, analog zu einem Fingerabdruck, der auch erst durch den Abgleich mit einer Datenbank personenspezifische Informationen eröffnet. Besonders vielversprechend ist der Einsatz für die MRT-Prostatadiagnostik.

Abbildung 2: Quantitative T1- und T2-Karten (untere Zeile) errechnet aus einer MR-Fingerprinting Messung im Vergleich zum T2-gewichteten Bild und apparentem Diffusionskoeffizienten (ADC).

Abbildung 2: Quantitative T1- und T2-Karten (untere Zeile) errechnet aus einer MR-Fingerprinting Messung im Vergleich zum T2-gewichteten Bild und apparentem Diffusionskoeffizienten (ADC). In der peripheren Zone links findet sich eine streifenförmige Signalabsenkung ohne Erniedrigung des ADC-Werts, passend zu einer Prostatitis. Korrelierend hierzu zeigt sich eine geringe Reduktion der T1- und T2 Zeit.

In einer amerikanischen Studie aus der Cleveland Clinic gelang mit der Analyse der mittels MRF gemessenen T1- und T2-Zeiten in Kombination mit dem separat ermittelten apparenten Diffusionskoeffizienten (ADC) eine Differenzierung zwischen benignem und malignem Prostatagewebe mit einer Genauigkeit von über 95% (2). Das RDTM führt derzeit erste Testmessungen mit MRF im Vergleich zu besonders stark diffusionsgewichteten Sequenzen durch.

Literatur:
1. Sudarski S, Henzler T, Haubenreisser H, Dösch C, Zenge MO, Schmidt M, Nadar MS, Borggrefe M, Schoenberg SO, Papavassiliu T. Free-breathing Sparse Sampling Cine MR Imaging with Iterative Reconstruction for the Assessment of Left Ventricular Function and Mass at 3.0 T. Radiology 2017; 282:74-83. 2. Yu AC, Badve C, Ponsky LE, Pahwa S, Dastmalchian S, Rogers M, Jiang Y, Margevicius S, Schluchter M, Tabayoyong W, Abouassaly R, McGivney D, Griswold MA, Gulani V. Development of a Combined MR Fingerprinting and Diffusion Examination for Prostate Cancer. Radiology 2017; 283:729-738.

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