MR-Elastographie des menschlichen Gehirns

Abstract

In dieser Arbeit wurden an gesunden Probanden eines großen Altersspektrums und Patienten mit MS MRE-Untersuchungen am Gehirn durchgeführt, um das vielversprechende Verfahren auf seine Anwendbarkeit, Reproduzierbarkeit und Sensitivität gegenüber strukturellen Veränderungen des Gewebes zu evaluieren. Die mechanische Anregung erwies sich als sehr zuverlässig und war für die Probanden nicht belastend. Die geringe Ausfallquote von 3,5% aller durchgeführten multifrequenten Experimente verdeutlicht die Stabilität und Zuverlässigkeit der Kopf-MRE. Durch Phantomexperimente konnte gezeigt werden, dass die induzierten Gewebeschwingungen von der Lage des Kopfes innerhalb der Wippe abhängen und die größte Bewegungskomponente in axialer Richtung auftritt. Gleichzeitig wurde keine Abhängigkeit der ermittelten viskoelastischen Parameter von der Amplitude der Scherwellen oder von der Höhe des Blutdrucks gefunden. Die Lage der gewählten Schichtebene beeinflusst die Ergebnisse, sofern sie oberhalb eines Bereichs liegt, der bis in den Bereich des Gyrus cinguli reicht. Es konnte gezeigt werden, dass ausgewählte physiologische und pathologische Veränderungen des Gehirns zu Veränderungen der viskoelastischen Parameter führen und dass mit der MRE diese Veränderungen nachgewiesen werden können. Im ersten Teil der Studie konnten unter Verwendung der monofrequenten Messtechnik die problemlose Durchführbarkeit und die gute Reproduzierbarkeit demonstriert werden. Eine Unterscheidung zwischen Gesunden und MS-Patienten war noch nicht möglich, doch konnte eine signifikante Abnahme von Elastizität und Viskosität über das Alter festgestellt werden. Um die Genauigkeit der MRE zu erhöhen und bei unveränderter Messzeit zusätzliche biomechanische Informationen zu akquirieren, wurde die multifrequente Technik entwickelt. Es war eine signifikante Abnahme (p < 0,01) des Schermoduls mit steigendem Lebensalter nachweisbar. Die Abnahme der Viskosität war mit einem p-Wert von 0,018 auf dem 95%-Fehlerniveau signifikant. Weiterhin ließ sich mit der MRE eine geringere Elastizität von Gehirnen der MS-Patienten gegenüber denen gesunder Versuchspersonen nachweisen. Für die Viskosität ließ sich kein signifikanter Unterschied zwischen gesunden Probanden und MS-Patienten beobachten (p > 0,05). Die bestimmten viskoelastischen Parameter zeigen eine gute Übereinstimmung mit vergleichbaren Literaturdaten. Die deutlichen Veränderungen viskoelastischer Kenngrößen mit dem Alter eröffnen neue Anwendungsfelder für die MRE in der Erforschung von physiologischen und pathologischen Alterungsprozessen.

The presented doctoral thesis evaluates Magnetic Resonance Elastography of the brain in terms of applicability, its reproducibility and its sensitivity towards structural alterations of the tissue. Experiments were performed on healthy subjects of various age and on patients suffering from Multiple Sclerosis. The mechanical excitation proved to be very reliable and not incrimatory to the volunteers. As less as 3.5 % of multifrequency experiments did not yield sufficient data for further analysis indicating stability and reliability of the head-MRE. Phantom Experiments showed that the induced tissue deflections depend on the position within in the head rocker and that the main deflection component appears in axial direction. No correlation between the determined viscoelastic parameters and the amplitude of the induced shear waves or the blood pressure level was found. The position of the chosen slide affects the results if it lies above a area which reaches to the gyrus cinguli. We have demonstrated that certain physiological and pathological alterations of the brain lead to changes of the viscoelastic parameters and that these alterations can be detected using MRE. In the first part of the study monofrequent MRE was found to provide good feasibility and reproducibility. This method did not yet allow to distinguish between healthy volunteers and patients with MS, however a significant decrease of Elasticity and Viscosity with increasing age was found. A multifrequent technique was developed to improve the accuracy and to aquire additional biomechanical information at unchanged examination time. Using this technique a significant decrease (p<0,01) of the shear modulus with growing age could be demonstrated. Lower brain elasticity of patients with MS compared to healthy subjects was noted. Differences for the viscosity between healthy subjects and patients with MS were not found significant (p>0,05). The determined viscoelastic parameters showed good analogy with data in the published literature. The age dependency of viscoelastic parameters of the brain reveal new areas of application for the MRE in investigation of physiological and pathological ageing processes.