Entwicklungen zur Absolutquantifizierung der Lungenperfusion mittels kontrastmittelverstärkter Magnetresonanztomographie

Abstract

Die regionale Bestimmung der Durchblutung (Perfusion) ermöglicht differenzierte Aussagen über den Gesundheitszustand und die Funktionalität der Lunge. Durch neue Messverfahren ermöglicht die Magnetresonanztomographie (MRT) eine nicht-invasive und strahlungsfreie Untersuchung der Perfusion. Obwohl die Machbarkeit qualitativer MRT-Durchblutungsmessungen bereits gezeigt wurde, fehlt bisher eine validierte quantitative Methode. Ziel dieser Arbeit war eine Optimierung der bestehenden Messprotokolle und mathematischen Modelle zur Absolutquantifizierung der Lungenperfusion mit Magnetresonanztomographie. Weiterhin sollte die Methodik durch Vergleich mit einem etablierten Referenzverfahren validiert werden. Durch Simulationen und Phantommessungen konnten optimale MRT-Messparameter und ein standardisiertes Protokoll festgelegt werden. Des Weiteren wurde eine verallgemeinerte Bestimmung der Kontrastmittelkonzentration aus den gemessenen Signalintensitäten vorgestellt, diskutiert und durch Probandenmessungen validiert. Auf der Basis dieser Entwicklungen wurde die MRT-Durchblutungsmessung der Lunge tierexperimentell mit der Positronenemissionstomographie (PET) intraindividuell verglichen und validiert. Die Ergebnisse zeigten nur kleine Abweichungen und eine statistisch hochsignifikante, stark lineare Korrelation. Zusammenfassend war es durch die Entwicklungen der vorgestellten Arbeit möglich, die kontrastmittelgestützte MRT-Durchblutungsmessung der Lunge zu optimieren und erstmals zu validieren.

Quantitative measurement of regional blood circulation (perfusion) is desirable in order to evaluate health and funtion of the examined lung. For that purpose, new measurement techniques in magnetic resonance imaging offer a radiation-free method. Although feasability has been shown in qualitative studies, numerical flow values still lack validarion. The aim of the presented work was an optimisation of existent measurement protocols and mathematical models for quantification of pulmonary perfusion with magnetic resonance imaging. Sequentially, a validation by comparison to an established method of reference was aspired. Ideal measurement parameters and a standardised protocol could be determined by simulations and phantom studies. Furthermore, a generalised calculation of contrast agent concentration from signal enhancement was proposed, discussed and validated by volunteer measurements. Based on these results, an animal study was performed in order to intraindividually compare and validate MR blood flow measurements with the results of positron emission tomography (PET). Only minor differences and a stastistically highly significant, strongly linear correlation was found. In conclusion, by the developments of the the presented work, absolute quantification of pulmonary perfusion with contrast-enhanced magnetic resonance imaging could be optimised and validated for the first time.