Die in dieser Habilitationsschrift zusammengefassten Originalarbeiten befassen sich allesamt mit verschiedenen technischen Ansätzen in der MRT als Alternative zur konventionellen kontrastverstärkten MR-Angiographie mit extrazellulären GBCAs. Die Schrift fasst dabei drei Lösungsansätze zusammen, die für sich genommen oder in Kombination einige Limitationen der konventionellen MRA im klinischen Alltag adressieren: 1) Kontrastmittelfreie MRA Sequenzen und 2) Gadoliniumfreie Kontrastmittel zur generellen Vermeidung von GBCAs, sowie 3) MRA Sequenztechniken mit hoher Robustheit gegenüber Bewegungs- oder Suszeptibilitätsartefakten. Der erste Themenkomplex dieser Schrift befasst sich mit der schrittweisen Evaluierung und dem Vergleich zweier kontrastmittelfreier MRA Sequenztechniken (Lösungsansatz 1) für die Evaluierung der pAVK der unteren Extremitäten im MRT bei 3 T: der EKG getriggerten 2D flussunabhängigen Quiescent-Interval Single-Shot (QISS) MRA und der EKG getriggerten 3D flussabhängigen Fast Spin-Echo (FSE) MRA. Zur QISS-MRA existierten zu dieser Zeit lediglich initiale Studienergebnisse bei 1,5 T, während Daten zur Anwendung bei 3 T weitgehend fehlten. Die erste Pilotstudie zur QISS-MRA diente somit zunächst der generellen Machbarkeitsprüfung dieser neuen Sequenztechnik bei 3 T sowie dem initialen Vergleich der diagnostischen Leistung zur konventionellen KM-MRA. Die Ergebnisse der verblindeten Reader Studie mit zwei Radiologen an 25 prospektive rekrutierten pAVK Patienten konnte hier eine generelle Durchführbarkeit der QISS-MRA bei 3T zeigen. Zudem zeigte die QISS-MRA eine hohe Rate diagnostischer Bildqualität von 97% (vs. 100% KM-MRA) und eine insgesamt vielversprechende diagnostische Genauigkeit für die Detektion signifikanter Stenosen, um 95%. In der sich hieran anschließenden Originalarbeit 2 wurde die diagnostische Leistung der QISS-MRA bei 3 T tiefergehend im Vergleich zur digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) als invasivem klinischen Goldstandard bewertet. Die verblindete Reader Studie an 32 prospektiv rekrutierten pAVK Patienten mit stattgehabter DSA als Referenzstandard zeigte annähernd gleich hohe Raten diagnostischer Bildqualität von QISS-MRA und KM-MRA (R1: 96.8%, R2: 98.0 % vs. R1: 99.3%, R2: 98.4%). Die QISS-MRA wies lediglich geringe Einschränkungen in den proximalen Gefäßsegmenten aufgrund von Suszeptibilitätsartefakten auf. Es fanden sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der diagnostischen Genauigkeit von QISS-MRA und KM-MRA (Sensitivität: 83.5 % vs. 82.7 %; Spezifität: 83.5 % vs. 82.7 %, diagnostische Genauigkeit: 92.4 % vs. 93.8 %; p>0.05). Aufbauend auf den guten Ergebnissen der QISS-MRA insbesondere in den distalen Gefäßsegmenten fokussierte Originalarbeit 3 im Anschluss auf den Vergleich der der QISS-MRA zur FSE-MRA für die pAVK Diagnostik des Unterschenkels im MRT bei 3T. Hier konnte an 42 prospektiv für die MRT rekrutierten pAVK Patienten eine Überlegenheit der QISS-MRA gegenüber der FSE-MRA demonstriert werden. Mit der KM-MRA als Referenzstandard zeigte die QISS-MRA signifikant niedrigere Raten nichtdiagnostischer Bildqualität (≤1% versus 15-29%, p<0.05) und eine höhere diagnostische Leistung als die FSE-MRA (Sensitivität: 89% vs. 70%, p=0,0153; Spezifität: 91% vs. 63%, p<0,0001; diagnostische Genauigkeit: 90% vs. 65%, p<0,0001). Bewegungs- und stenosebedingte Flussartefakte waren die Hauptlimitationen der FSE-MRA. Originalarbeit 4 verglich schließlich intra-individuell die diagnostische Genauigkeit und die Gesamtuntersuchungszeit der QISS-MRA und der FSE-MRA für die Diagnostik der gesamten Becken-Bein-Etage. Anhand der ausgewerteten Daten von 45 prospektiv für das MRT rekrutierten pAVK Patienten konnte hier gezeigt werden, dass sich die durchschnittlichen Gesamtuntersuchungszeiten beider kontrastmittelfreier MRA Techniken mit einer medianen Dauer von circa 30 min nicht wesentlich von der konventionellen KM-MRA unterschieden (QISS: 27:02 min, FSE-MRA: 28:37 min, KM-MRA als kombinierte 3D GRE-MRA mit kontinuierlichem Tischvorschub und anschließender TWIST des Unterschenkels: 31:22 min). Die QISS-MRA stach in diesem Vergleich positiv durch ihre einfache Bedienbarkeit hervor. Darüber hinaus wurde anhand der verblindeten Reader Studie mit zwei Radiologen gezeigt, dass die QISS-MRA trotz einer gewissen Anfälligkeit für Suszeptibilitätsartefakte in den proximalen Becken-Bein-Gefäßen eine zur KM-MRA annähern gleichwertige diagnostische Genauigkeit aufwies. Hingegen war die FSE-MRA der KM-MRA aufgrund von Flussartefakten unterlegen (nichtdiagnostisch Segmente QISS-MRA vs. FSE-MRA 3% vs. 35-50%, p≤0,0001; Sensitivität 85% vs. 54%; Spezifität 90% vs. 47%, diagnostische Genauigkeit 89% vs. 48%; p≤0,0001).
Der zweite Themenkomplex dieser Habilitationsschrift befasst sich mit Kombinationen aus den Lösungsansätzen 2) und 3) für die artefaktreduzierte Darstellung vaskulärer und nicht-vaskulärer Strukturen des Thorax und implantierter Metallfilter in der Vena cava. In einer ebenfalls publizierten eigenen Vorarbeit wurde hier zunächst die Relaxivität des alternativen eisenhaltigen Blut-Pool Kontrastmittels Ferumoxytol (FE) unter physiologischen Bedingungen bei 1,5 T und 3 T bestimmt. Hierauf aufbauend folgte eine Pilotstudie an 20 prospektiv rekrutierten gesunden Probanden (Originalarbeit 5) zur Sequenz-Optimierung und Machbarkeitsevaluierung verschiedener pulmonaler MRA Methoden mit gleichzeitiger Darstellung nichtvaskulärer thorakaler Strukturen. Drei verschiedene Techniken wurden bei unterschiedlichen Flipwinkeln getestet und mit einer konventionellen mehrphasigen 3D Gd-kontrastverstärkten GRE-MRA unter Atemanhaltung als Referenzstandard vergleichen: 1) eine 3D Gd-kontrastverstärkte UTE-MRA unter freier Atmung, 2) eine 3D FE-GRE-MRA unter Atemanhaltung und 3) eine 3D FE-UTE-MRA unter freier Atmung. Anhand der Studienergebnisse konnte die Machbarkeit der pulmonalen UTE-MRA am Menschen unter freier Atmung demonstriert werden. Ein optimaler T1-Kontrast zwischen Gefäßlumen und Muskel (Surrogat für Thrombusmaterial) ergab sich für alle drei Testsequenzen bei Flipwinkeln zwischen 18°-24°. Bei optimiertem T1-Kontrast und Verwendung des alternativen FE- Blut-Pool Kontrastmittels ermöglichte die UTE-MRA eine vergleichbar gute Darstellung der Lungengefäße wie die konventionelle Gd-GRE-MRA (98% vs. 97% gute und exzellente Bildqualität; p=0.51), bei gleichzeitig überlegener Darstellung des Lungenparenchyms und anderer nichtvaskulärer Strukturen wie Knochen oder Ösophagus. In der letzten hier vorgestellten Arbeit zur optimierten Darstellung von implantierten Vena cava Filtern im MRT bei 3 T (Originalarbeit 6) konnte schließlich gezeigt werden, dass die Anwendung der 3D UTE-MRA mit dem Blut-Pool Kontrastmittel Gadofosvest trisodium möglich ist. In den neun prospektiv rekrutierten Patienten mit verschiedenen metallischen Filter Implantaten zeigten die getesteten UTE-MRA Sequenzen unter Atemanhaltung und freier Atmung signifikant weniger metallbedingte Suszeptibilitätsartefakte als die GRE-MRA (Referenzstandard). Insbesondere die UTE-MRA unter freier Atmung lieferte eine exzellente und der GRE-MRA überlegene Bildqualität für die Darstellung der Metallfilter. Niedrige Flipwinkel von 10° lieferten zudem den besten T1-Kontrast für das UTE-MR-Angiogramm der Vena cava.
Es lässt sich somit zusammenfassen, dass für eine Reihe an klinischen Fragestellungen vielversprechende Alternativen zur konventionellen GBCA kontrastverstärkten GRE-MRA existieren. Die hier vorgestellten Arbeiten haben einen Beitrag geleistet zur Einschätzung des klinischen Nutzens und der optimierten Anwendung verschiedener neuer MRA Verfahren für den Einsatz in der klinischen Praxis.
