Einfluss der Feldstärke (B0) auf den Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) Effekt in der Diffusions-MRT der Wade

Die Struktur und Funktion der Muskulatur im menschlichen Körper kann heutzutage
anhand verschiedener nichtinvasiver Magnetresonanztomographie-Methoden (MRT)
untersucht werden. [1]
Seit der erstmaligen Erwähnung durch Denis Le Bihan im Jahre 1986 [2], hat die
Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) MRT hierbei im Laufe der Jahre zunehmend an
Bedeutung gewonnen. Sie ermöglicht eine gleichzeitige Beurteilung von Komponenten
des Blutflusses und der Gewebediffusion. [3]
IVIM wird hauptsächlich zur Untersuchung von Geweben mit hoher Gefäßdichte
eingesetzt, beispielsweise bei Organen wie der Leber, der Niere und dem Gehirn.
Hierbei kann der Blutfluss Rückschlüsse auf die Organgesundheit und auf den
Zusammenhang zwischen metabolischen und vaskulären Reaktionen auf Stimuli
zulassen. [4]
In der Skelettmuskulatur ist der Blutfluss abhängig vom Aktivitätszustand des Muskels
und damit für die Erfassung und Interpretation von IVIM-Daten von besonderem
Interesse. [5]
IVIM ist eine fortgeschrittene Technik der diffusionsgewichteten
Magnetresonanztomographie (engl. diffusion weighted imaging, DWI).
Die DWI misst die Diffusionsbewegung im Gewebe, welche gemäß Brown‘scher
Molekularbewegung als Zufallsbewegung von Wassermolekülen beschrieben werden
kann. Im Gegensatz zu den meisten anderen MRT-Modalitäten handelt es sich bei der
DWI um eine quantitative Methode. [6]
Da die Diffusionsbewegung im Gewebe abhängig von Zellrestriktionen ist, ermöglichen
Diffusionsmessungen Aussagen über den Aufbau des Gewebes. Ein wichtiger
Parameter der DWI ist der hierbei zeitabhängige Diffusionskoeffizient D(t). [7]
Im diffusionsgewichteten Signal spiegelt sich die inkohärente Blutbewegung im
Kapillarbett ähnlich wider wie die Diffusion selbst. Somit kann dem kapillaren Blutfluss
ein Pseudodiffusionskoeffizient D* zugeordnet werden, welcher etwa einen Faktor 10
größer ist als der Diffusionskoeffizient D(t). [8]
Daher bietet IVIM sowohl einen Einblick in die Bewegung in intravaskulären Räumen
als gleichzeitig auch in extravaskulären Räumen.
Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Einfluss der magnetischen Feldstärke auf den IVIM
Effekt an der Wade zu untersuchen. Hierzu werden bis zu 10 Probanden und
Probandinnen rekrutiert. Die Datenaufnahme findet hierbei an einem 7T MRT Scanner
(MAGNETOM Terra) und an einem 0,55T MRT Scanner (MAGNETOM Free.Max)
statt. Anschließend sollen die generierten Daten hinsichtlich der IVIM Parameter
miteinander verglichen werden.
[1] Englund, E.K., Reiter, D.A., Shahidi, B. and Sigmund, E.E. (2021), Intravoxel
Incoherent Motion Magnetic Resonance Imaging in Skeletal Muscle: Review and
Future Directions. J Magn Reson Imaging.
https://doi.org/10.1002/jmri.27875
[2] Le Bihan, Denis , Breton, Eric , Lallemand, Denis , Aubin, ML , Vignaud, Jean ,
Laval-Jeantet, M: Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent
motion MR imaging. In: Radiology 168 (1988), Nr. 2, S. 497–505
[3] Le Bihan, Denis: What can we see in IVIM MRI?. In: NeuroImage, Volume 187
(2019), Pages 56-67
[4] Denis Le Bihan et al.: Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) MRI: Principles and
Applications. 1. Aufl. Pan Stanford Publishing, 2019. isbn: 978-981-4800-19-8,
S.117-145
[5] Jungmann PM, Pfirrmann C, Federau C. Characterization of lower limb muscle
activation patterns during walking and running with Intravoxel Incoherent Motion
(IVIM) MR perfusion imaging. Magn Reson Imaging. 2019 Nov;63:12-20. doi:
10.1016/j.mri.2019.07.016. Epub 2019 Jul 26. PMID: 31356861.
[6] Stieltjes et al.: Diffusion Tensor Imaging. 1. Aufl. Springer Verlag, 2013. isbn: 978-
3-642-20456-2.
[7] Laun, F., Fritzsche, K., Kuder, T. et al. Einführung in die Grundlagen und
Techniken der Diffusionsbildgebung. Radiologe 51, 170–179 (2011).
https://doi.org/10.1007/s00117-010-2057-y
[8] Le Bihan, Denis , Breton, Eric , Lallemand, Denis , Aubin, ML ; Vignaud, Jean ,
Laval-Jeantet, M: Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent
motion MR imaging. In: Radiology 168 (1988), Nr. 2, S. 497–505