Introduction Emerging magnetic resonance imaging (MRI) techniques can potentially improve clinical decision-making in acute stroke. First, however, these techniques need to be investigated in a routine clinical setting and their use thoroughly validated by comparing them to established methods and relevant clinical outcomes. In this dissertation, we studied three MRI methods for assessment of cerebral perfusion without exogenous contrast agents, quantification of blood-brain barrier disruption, and improved detection of infratentorial ischemic damage. Methods In Study I, we compared a contrast agent-free method for measuring perfusion, known as BOLD delay (from the blood-oxygenation-level-dependent signal), to the clinical reference standard, dynamic susceptibility contrast MRI (DSC-MRI) in 30 stroke patients within 24 hours of symptom onset. In Study II, we used dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) to quantify blood-brain barrier (BBB) leakage in 54 stroke patients within 48 hours of symptom onset. In Study III, we compared the diagnostic performance of a stimulated echo acquisition mode (STEAM) diffusion weighted imaging (DWI) sequence to that of the clinical reference standard, an echo planar imaging (EPI) DWI sequence, in 57 patients with suspected infratentorial stroke. Results BOLD delay was closely related to DSC-MRI parameters that reflect both macrovascular delay and microvascular perfusion and was capable of distinguishing severe hypoperfusion from milder blood flow changes (Study I). We quantified BBB permeability and observed an increase in leakage over time in ischemic lesions. Leakage was also present in contralateral tissue, where it decreased over time (Study II). STEAM-DWI showed good agreement with EPI-DWI and a high sensitivity to ischemia, with far fewer intraparenchymal artifacts than EPI-DWI (Study III). Conclusions This dissertation shows that BOLD delay, DCE-MRI, and STEAM-DWI can be incorporated into routine MRI protocols for the assessment of stroke patients. They provide useful information regarding perfusion, BBB permeability, and infratentorial ischemic damage and have the potential to influence acute stroke diagnosis and management. The dissertation also highlights several weaknesses of these methods, opening up paths for further research and improvement.
Einführung Innovative Magnetresonanztomographie-Techniken (MRT) bergen das Potential klinische Therapieentscheidungen beim akuten Schlaganfall positiv beeinflussen zu können. Diese Techniken müssen jedoch zuerst in der klinischen Routine evaluiert und genau validiert werden, indem man sie mit etablierten Methoden und deren Ergebnissen vergleicht. In dieser Dissertation wurden drei MRT-Techniken zum verbesserten Nachweis infratentorieller Schlaganfälle, Beurteilung der Bluthirnschranken-Störung und Kontrastmittel-freien Perfusion untersucht. Methoden In Studie I wurde eine Kontrastmittel-freie Methode der Perfusionsmessung, bekannt als "BOLD („blood-oxygenation-level-dependent“) delay" mit dem klinischen Referenzstandard, der DSC-MRT („dynamic susceptibility contrast“) bei 30 Schlaganfallpatienten innerhalb von 24 Stunden nach Symptombeginn verglichen. In Studie II wurde die DCE-MRT („dynamic contrast-enhanced“) eingesetzt, um eine Störung der Bluthirnschranke bei 54 Schlaganfallpatienten innerhalb von 48 Stunden nach Symptombeginn quantitativ erfassen zu können. In Studie III wurde die diagnostische Aussagekraft der STEAM („stimulated echo acquisition mode“) diffusions-gewichtete (DWI) Sequenz mit der klinischen Referenzmethode, der echoplanaren (EPI=echo planar imaging) DWI bei 57 Patienten mit fraglichen infratentoriellen Schlaganfall evaluiert. Ergebnisse Die BOLD Technik zeigte einen engen Zusammenhang mit DSC-MRT Parametern hinsichtlich Folgen von Stenosen/Verschlüssen der zerebralen Arterien. Eine schwere Minderdurchblutung konnte von leichten Veränderungen der Blutflusses unterschieden werden (Studie I). Störungen der Bluthirnschranke konnten quantitativ erfaßt und eine weitere Zunahme im ischämischen Areal im zeitlichen Verlauf beobachtet werden. Eine Störung der Bluthirnschranke fand sich auch im „gesunden“ kontraläsionalen Hirngewebe, die sich im zeitlichen Verlauf besserte (Studie II). Die STEAM-DWI zeigte eine gute Übereinstimmung mit der EPI-DWI und eine hohe Sensitivität mit deutlich weniger intraparenchymalen Artefakten als die EPI-DWI (Studie III). Schlußfolgerungen Diese Dissertation konnte zeigen, daß der BOLD delay, die DCE-Technik und die STEAM-DWI für die MRT Schlaganfalldiagnostik in Routine-Protokolle inkorporiert werden könnte. Damit stünden aussagekräftige Zusatzinformationen zu Perfusion, Bluthirnschrankenpermeabilität und Detektion von infratentoriellen Schlaganfällen zur Verfügung mit der Möglichkeit besserer Therapieoptionen. Diese Dissertation zeigt auch die Schwächen dieser Methoden auf und eröffnet damit einen Weg für weitere Forschungsmöglichkeiten und Verbesserungen.
