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Spezielle Diffusionsphantome zur Untersuchung der Eliminierung von freiem Wasser und zur Kartierung: Einblicke in den Einfluss der T2-Relaxationseigenschaften

2. März 2020

Ezequiel Farrher, Farida Grinberg, Li-Wei Kuo, Kuan-Hung Cho, Richard P. Buschbeck, Ming-Jye Chen, Husan-Han Chiang, Chang-Hoon Choi, N. Jon Shah

Bei der diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie (DWI) werden spezifische MRT-Sequenzen verwendet, um die zufällige Bewegung von Wassermolekülen innerhalb eines Gewebevoxels zu messen. Aufgrund der Empfindlichkeit der molekularen Verschiebung gegenüber der Umgebung kann die DWI zur Charakterisierung von Details der Gewebearchitektur auf mikroskopischer Ebene verwendet werden und ist daher sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der klinischen Anwendung bei Schlaganfall, Tumoren und verschiedenen anderen neurologischen Erkrankungen nützlich.

Die Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) ist eine Methode, die zur Analyse von DWI-Daten entwickelt wurde. Sie liefert rotationsinvariante Parameter, die zur Ableitung verschiedener Eigenschaften der Gewebemikrostruktur verwendet werden können. Dies ermöglicht unter anderem die Erstellung einer Karte des axonalen Netzwerks im Gehirn und erlaubt die Identifizierung von Störungsbereichen, die auf eine Pathologie hinweisen.

DTI-Metriken können jedoch nur dann als gewebsspezifisch angesehen werden, wenn das zu analysierende Voxel einen einzigen Gewebetyp enthält. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Technik einzuführen, die NMR-Eigenschaften zu charakterisieren und die Verwendung von zwei speziellen anisotropen Diffusionsfaserphantomen zu demonstrieren, die für die Untersuchung der freien Wasserelimination (FWE) und Kartierungsmodelle nützlich sind. Insbesondere wird der kürzlich vorgeschlagene FWE DTI-Ansatz mit expliziter Berücksichtigung der Unterschiede in den transversalen Relaxationszeiten zwischen den Kompartimenten freies Wasser und Gewebe untersucht.

Photographs and schemes of the phantoms

Fotografien und Schemata der Phantome. A, Phantom 1. diffusionsauflösendes Phantom mit fünf Abschnitten von Bündeln paralleler Fasern mit von links nach rechts zunehmender Dicke. Die Faserabschnitte sind durch abwechselnde Kompartimente aus freiem Wasser und Plexiglas von zunehmender Größe getrennt. Die Zahlen in der Abbildung geben die Abmessungen in Millimetern an. B, Phantom 2: Mehrteiliges Phantom mit vier Abschnitten mit unterschiedlichen Faseranordnungen. Der für diese Arbeit interessante Abschnitt (rote ROI) besteht aus nahezu parallelen Faserlagen, die von einem Bereich hoher Packungsdichte (links) in einen Bereich geringer Packungsdichte (rechts) übergehen.

Dedicated diffusion phantoms for the investigation of free water elimination and mapping: insights into the influence of T2 relaxation properties


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