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Rapid myelin water content mapping on clinical MR systems

Authors
Journal
Zeitschrift für Medizinische Physik
0939-3889
Publisher
Elsevier
Volume
22
Issue
2
Identifiers
DOI: 10.1016/j.zemedi.2011.09.005
Keywords
  • Quantitative Mri
  • Multiple Sclerosis
  • Myelin Water Content Mapping
  • Demyelinating Disease
  • Quantitative Mrt
  • Multiple Sklerose
  • Myelin-Wassergehalt
  • Demyelinisierende Erkrankungen

Abstract

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, mit dem der Myelin-Wassergehalt des menschlichen Gehirns mit konventionellen Multiecho-Gradientenecho-Sequenzen bestimmt werden kann. Das Verfahren basiert dabei auf Datensätzen, die mit einer bereits publizierten Methode zur schnellen simultanen Quantifizierung von T1, T2* und absolutem Wassergehalt aufgenommen werden. Die entsprechenden Rekonstruktionsmethoden werden dabei erweitert, um zusätzlich zu den erwähnten drei Parametern auch den Myelin-Wassergehalt bestimmen zu können. Der Ansatz nutzt dabei den multiexponentiellen T2*-Zerfall in myelinisiertem Gewebe aus, um basierend auf einer Zweikompartment-Analyse (Myelinwasser und „Rest“) den myelingebundenen Wasseranteil zu messen. Da das bereits existierende quantitative Messprotokoll für eine schnelle Ganzhirnmessung optimiert wurde, stehen für die Analyse des multiexponentiellen Zerfalls lediglich 10 Datenpunkte mit einer maximalen Echozeit von 40ms zur Verfügung. Daher wurde ein quadratisches Optimierungsverfahren zur Bestimmung der Amplituden beider Kompartimente eingesetzt, bei dem lineare Constraints den möglichen Lösungsraum einschränken. Die spezifischen Constraints wurden in einer Simulation bestimmt und optimiert, um die durch inkorrekte À-priori-Annahmen erzeugten systematischen Fehler zu minimieren. Basierend auf den Ergebnissen der Simulationsstudie wurden Myelinwasserkarten des kompletten Gehirns in einer Gruppe von 10 gesunden Probanden und einem Patienten, der unter Multipler Sklerose leidet, angefertigt. Die Resultate der In-vivo-Studie sind dabei konsistent mit Literaturangaben. Zusammenfassend konnte somit in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine simultane Quantifizierung von T1, T2*, totalem und myelingebundenem Wassergehalt mit Ganzhirnabdeckung auf fast jedem modernen MR-Scanner in weniger als 10 Minuten durchführbar ist.

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