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Forschung

Exzellenzzentrum Hochfeld MR

Schwerpunkte "Imagaging technologies"

Die Mission des MRCE inkludiert sowohl angewandte klinische Forschung mittels state-of-the-art MR Bildgebungstechnologien sowie einer laufenden Entwicklung dieser Technologien. Dieser „translational approach“ innerhalb eines Instituts sichert einen raschen Transfer vielversprechender neuer MR Methoden in die klinische Umgebung.

MR-Technologien die an unserem Zentrum entwickelt werden:

Die Protonen MR Spektroskopie (1H-MRS) ist eine nicht-invasive Technik zur Quantifizierung und bildhaften Darstellung der räumlichen Verteilung verschiedenster chemischer Substanzen, welche Wasserstoff enthalten. Dies inkludiert Biomarker für Myelinisierung, Zellproliferation, Energiestoffwechsel, und Osmoregulation ebenso wie Antioxidantien, Neurotransmitter und spezielle Fettzusammensetzungen. Deshalb kann die 1H-MRS auch für Studien der Pathogenese von Erkrankungen und Therapieansprechen im Gehirn und anderen Körperteilen, wie etwa der Leber, Herz, Prostata, oder Brust, eingesetzt werden.

T1-gewichtes Bild und Stoffwechselverhältnis-Karten von Glutamat + Glutamin, insgesamt Cholin und Makromolekulare Gesamtsignal des gesunden menschlichen Gehirns.

Die Phosphor MR Spektroskopie (31P-MRS) ist eine bessere Alternative zur 1H-MRS, wenn das Ziel die Untersuchung von Phosphor-haltigen chemischen Substanzen ist, wie etwa die Untersuchung statischer und dynamischer Änderungen in den wichtigsten Energiestoffwechselprodukten der Zelle im Ruhezustand als auch während einem Training. Dies ist von spezieller Wichtigkeit für die Untersuchung der Zellaktivität bei verschiedenen Stoffwechselerkrankungen, die vorwiegend in den Skelettmuskeln, dem Herz, und in der Leber bestimmt wird.

Chemischer Austausch Sättigungstransfer (CEST) ist mit MRS Methoden verwandt, allerdings CEST  anstelle der direkten Detektierung mehrerer chemischer Substanzen – wie in MRS – eine indirekte Messung eines speziellen chemischer Stoffs mit einer wesentlich höhreren Sensitivität, was wiederum die räumliche Auflösung wesentlich verbessert, aber weniger quantitative Ergebnisse liefert. CEST ermöglicht dadurch die Bildgebung von alternativen Markern, die eine bestimmte Art von Molekülen in Geweben wie etwa Hirn, Muskel, Knorpel, oder Brust, erlauben.

Die Natriumbildgebung (23Na-MRI) ist eine nicht-invasive Methode für die bildhafte Darstellung der Natriumkonzentrationen in verschiedenen Geweben. Die Natriumkonzentration ist ein sensitiver Biomarker für die Detektierung von Änderungen in der Beschaffenheit von Bindegewebe ebenso wie in der Zellphysiologie, Osmoregulation, und dem Stoffwechsel. Die 23Na-MRI kann dazu verwendet werden, um verschiedene krankhafte Prozesse und Behandlungserfolge bei Knorpeln, Sehnen, Muskeln, Bandscheiben, Nieren, Hirn, und Brust zu untersuchen.

Morphologisches und korrespondierendes Natrium Bild eines 35 Jahre alten Patienten nach Knorpelersatztherapie im Sprunggelenk mittels Mikrofrakturierung. Das Natriumbild zeigt Knorpelersatzgewebe mit verminderter Qualität (durch Pfeile markiert)

Derzeit liefert die überwiegende Mehrheit der klinisch eingesetzen MR Bildgebungsmethoden nur qualitative „gewichtete“ Bilder, welche wesentlich von der verwendeten Hardware und Software(-parametern) abhängig sind. Methoden zur bildhafte Darstellung der Relaxationseigenschaften sowie etwa die kürzlich entwickelte MR Fingerprinting Technik zielen darauf ab absolute physikalische (Relaxations-) eigenschaften von Gewebe zu bestimmen, welche unabhängig von der Messmethode sind und daher eine wesentlich bessere Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Standorten erlauben. Dies erlaubt eine Standardisierung der (diagnositschen) Evaluierung bei verschiedenesten Erkrankungen.

Eine hochauflösende Phaseninformation in Verbindung mit einem 7-Tesla-Gradienten-Echo-Scan enthält "Wraps", die mit einer am Hochfeld-MR-Zentrum in Wien entwickelten schnellen temporalen Methode entfernt werden.

Die Suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung (SWI) ist eine Methode für die Visualisierung der Venen im Gehirn und Regionen des Gehirns, welche Eisen anlagern. Letzteres tritt besonders bei Gehirnerkrankungen wie Alzheimer auf. Im Gegensatz zur konventionellen MRI, welche lediglich die Magnitude des MR Signals nutzt, verwendet SWI auch die gleichzeitig gewonnene Phaseninformation, welche wiederum sensitiv ist für die Anwesenheit von Eisen in Gewebe und Blutgefäßen. Die quantitative Suszeptibilitätsbildgebung (QSM), ist eine verwandte Methode, welche versucht die magnetische Suszeptibilität quantitativ aus den Phasenbildern zu berechnen.

Neuronen im Gehirn “feuern”, wenn sie mit der Verarbeitungen eines Stimulus oder einer Aufgabe beschäftigt sind. Dies führt zu einem Anstieg des Sauerstoffverbrauchs und einer lokalen Änderung in der Konzentration von Sauerstoffarmem Hemoglobin. Die funktionelle Magnetresonanzbildgebung (fMRI) generiert Bilder des Gehirns in einem Intervall von wenigen Sekunden. Diese Bilder sind sensitiv für Änderungen in der Menge des Deoxyhämoglobins. Dies erlaubt die Lokalisierung aktiver Hirnareale. fMRI wird in der Gehirn-Grundlagenvorschung eingesetzt, um Hirnregionen und Netzwerke darzustellen, welche in der Verarbeitung verschiedener Stimuli beteiligt sind und in klinischen Studien, um zu untersuchen welche Hirnregion bei der Entfernung von Tumoren verschont werden müssen.

Die diffusionsgewichtete Bildgebung  (DWI), die Diffusionstensor Bildgebung (DTI) und verwandte Methoden sondieren Gewebeeigenschaften auf einem Mikrostrukturellem Level mittels der Beobachtung (eingeschränkter) richtungsabhängiger Diffusion von Wassermolekülen in der Gegenwart von zellulären Barrieren im normalen und krankhaften Zustand. Dies erlaubt nicht nur die Verfolgung von Nerven- und Muskelfasern, sondern auch die Unterscheidung und Abgrenzung von bösartigen Tumoren, welche eine hohe Zelldichte aufweisen.

MR Fingerprinting mit einem speziellen Fokus auf Methodenentwicklung bei ultra-hohem Magnetfeld MR Tomographen (7 Tesla).