qCEST: Quantitative Chemical Exchange Saturation Transfer MR Bildgebung von Gehirntumoren bei 7 Tesla

• Antragsteller: Professor Dr. Moritz Zaiss
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282191141

Im Feld der biomedizinischen Bildgebung wird die CEST-MRT als spannendes Thema gehandelt. Der Hauptvorteil von CEST ist der bildgebende Zugang zu physiologischen und molekularen Informationen mit einer räumlichen Auflösung ähnlich der konventionellen MRT. Prinzipielle Korrelationen des CEST-Effekts mit Protein-Gehalt und Protein-Struktur, Metaboliten-Konzentration und intrazellulärem pH machen CEST für die Krebs-Diagnose interessant: Der Proteingehalt ist ein Maß für die erhöhte Zellularität bei Tumorinfiltration und pH-Wert-Gradienten korrelieren mit der Tumormigration. Neuere Studien zeigten jedoch, dass verbesserte Techniken notwendig sind um die verschiedenen Beiträge zum sogenannten CEST-Kontrast zu isolieren. Die hohe Frequenzauflösung bei Ultrahochfeld-Tomographen (B0 = 7 T) ermöglicht die Separation dieser individuellen CEST-Effekte. In vorangehenden Untersuchungen in Modelllösungen und Tieren konnten wir zeigen, dass CEST-Daten auch von Einflüssen der Wasser-Relaxation befreit werden müssen. Dies ist speziell bei der Glioblastom-Bildgebung wichtig, da sich hier die Wasser-Relaxationsparameter stark ändern können. Deshalb ist ein quantitativer CEST-Ansatz (qCEST) notwendig um das volle Potential der CEST-Bildgebung zu entfalten. Eine weitere Herausforderung der CEST-MRT ist die lange Messzeit, die die klinische Anwendung erschwert. Um die routinemäßige Anwendung von qCEST-MRT im Menschen voranzubringen, soll die Technik in zwei Richtungen zu erweitert werden: (i) Entwicklung einer quantitativen CEST-Sequenz die Einblick in die fundamentalen CEST-Parameter ermöglicht und uns als Referenz dient; (ii) Entwicklung einer schnellen klinischen CEST-Sequenz und die erste klinischen Anwendung derselben. Analog zu unseren Vorarbeiten im Tier sollen zunächst die wichtigen Korrekturverfahren auch für die CEST-MRT am Menschen etabliert werden. Ausgehend von der bestehenden Sequenz soll eine CEST-Methode entwickelt werden die den quantitativen Zugang zu Proteingehalt und pH ermöglichen. Nach Validierung mittels Modell-Lösungen soll die Evaluierung in vivo in gesunden Probanden erfolgen. Zeitgleich wird die schnelle klinische CEST-Sequenz entwickelt. Hier sollen die k-Raum Akquisition, die Sättigungs- und Auslese-Segmentierung, view-sharing- und compressed-sensing-Techniken optimiert werden, passend zu den spezifischen Eigenschaften von CEST-MRT-Daten. Mit den Ergebnissen der quantitativen CEST-Sequenz kann die klinische CEST-Sequenz validiert und in Messungen von Modelllösungen und Probanden weiter optimiert werden. Der Vergleich mit diffusions-gewichteter Bildgebung und 31P MR Spektroskopie ermöglicht dabei die Analyse der Korrelation von qCEST mit Zellularität und pH. Schließlich sollen bei 7 Tesla CEST-Untersuchungen von Glioblastom-Patienten und Patienten mit niedriggradigen Gehirntumoren durchgeführt werden. Der Vergleich mit Standard-MRT-Kontrasten erlaubt die Beurteilung des klinischen Vorteils des quantitativen CEST-Ansatzes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen