Untersuchungen zur Durchblutungsmessung (Perfusion) am Herzen mittels der Magnetresonanztomographie

Die kontrastmittelverstärkte myokardiale Perfusionsmessung am Herzen mittels Magnetresonanztomographie (MRT) erlaubt eine Quantifizierung des myokardialen Blutflusses (MBF) zur Diagnose der koronaren Herzkrankheit. Diese Methode nimmt wiederholt Schichtbilder vom Herzen während der Anflutung von Kontrastmittel auf und berechnet aus dieser Bildserie den MBF mittels eines tracerkinetischen Modells. Ein Hauptproblem dieser Methode ist eine während der Messung auftretende Verschiebung des Herzens gegenüber der Messschicht, die z.B. durch Atmung verursacht wird. Diese Herzbewegung führt zu einer fehlerhaften Abtastung der Kontrastmittel-Anflutung und damit zu einem falschen MBF-Wert, da sie nach der Messung nicht mehr kompensiert werden kann. In der klinischen Diagnostik werden daher die Perfusionsmessungen während der Unterdrückung des Atems durchgeführt, die aber bei vielen Patienten wegen der langen Messdauer aufgrund von Luftnot abgebrochen werden müssen. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode zur Kompensation dieser Herzbewegung durch Nachführen der Messschicht während der Messung. Dazu wurde die Navigatortechnik zur Bewegungsdetektion an die Erfordernisse der Perfusionsmessung adaptiert und in die Messmethode integriert. Anschließend konnte in einer Studie an gesunden Hausschweinen die signifikante Verbesserung der berechneten MBF-Werte gegenüber Messungen ohne Schichtnachführung gezeigt werden. Sie waren sowohl während künstlicher Beatmung als auch während der Atemunterdrückung mit den Werten des klinischen Goldstandards der PET-basierten MBF-Messung vergleichbar. Es muss in weiteren Studien untersucht werden, ob diese vielversprechenden Ergebnisse gerade für die Messungen mit Atembewegung in den klinischen Alltag übertragbar sind und damit einen Gewinn an Aussagekraft der Perfusionsmessung und an Komfort für den untersuchten Patienten bedeuten. Da in der Tierstudie nacheinander mehrere kontrastmittelverstärkte Perfusionsmessungen für den direkten Methodenvergleich unter verschiedenen physiologischen Bedingungen durchgeführt wurden, musste auch der Einfluss von residualem Kontrastmittel aus vorangegangenen Applikationen von Kontrastmittel auf die MBF-Quantifizierung betrachtet werden. Dieser Einfluss konnte mit einer Weiterentwicklung der Auswertung erfolgreich kompensiert werden. Dies hat auch Auswirkung auf die Berechnung der in der klinischen Diagnostik wichtigen myokardialen Perfusionsreserve. Sie erlaubt eine Aussage über die Schwere der koronaren Herzkrankheit und ist ebenfalls von residualem Kontrastmittel beeinflusst, da sie das Verhältnis aus zwei MBF-Messungen unter Ruhe und Stress beschreibt. Schlussfolgernd konnte somit in dieser Arbeit gezeigt werden, dass beide vorgestellten Techniken, zum einen die Nachführung der Messschicht und zum anderen die Kompensation des Einflusses von residualem Kontrastmittel, deutlich die Aussagekraft der quantitativen Durchblutungsmessung am Herzen mittels der dynamischen MRT verbessern.First-pass perfusion magnetic resonance imaging (pMRI) allows diagnosis of coronary heart disease by myocardial blood flow (MBF) quantification. This method acquires images of slices of the heart during first-pass of contrast agent, and MBF is quantified from this image serie using a tracer-kinetic model. A main drawback of this method is heart movement through the measured slice, i.e. due to breathing. This temporal dislocation of the heart is not adjustable after the measurement and bias detection of contrast agent distribution, which leads to an erroneous MBF. To avoid this heart movement clinical first-pass pMRI is performed during a long breathhold, which many patients break up. This leads to impossible MBF quantification for these measurements. The aim of this work was the development of a correction method for heart movement during first-pass pMRI. Therefore, a navigator technique with prospective slice tracking (PST) was adapted to first-pass pMRI. In a study performed within healthy pigs MBF quantification show a significant improvement compared to measurements without PST. MBF values measured with PST during artificial breathing as well as during breathhold were comparable to the clinical gold standard based on measurements with positron emission tomography. These promising results have to be testet further in clinical settings for its benefit in validity and patient comfort. For method comparison several first-pass pMRI were performed consecutively during several physiological conditions. Therefore, the influence of residual contrast agent enriched from previous administrations on the MBF quantification was investigated and a further technical development was included into the MBF quantification, which successfully corrected this influence of residual contrast agent. This technique improves also the calculation of the myocardial perfusion reserve which is important for clinical diagnosis of severity of coronary heart disease. The myocardial perfusion reserve is also biased by residual contrast agent, because it is the ratio between two MBF values, one measured during stress and the other measured in rest. In conclusion, both techniques described in this work, the prospective slice tracking technique and the correction for residual contrast agent, improves the validity of myocardial first-pass pMRI significantly