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MR-Mikroskopie des Auges im 7 Tesla Ultra-Hochfeld-MRT

  • Die Magnetresonanztomografie (MRT) gilt als etabliertes Verfahren zur Darstellung anatomischer Strukturen und Pathologien des Auges und der Orbita. Durch eine stetige Erhöhung der Feldstärke von zunächst 1 Tesla (T) auf 1,5T und 3T und die Verwendung kleiner Oberflächenspulen war es möglich die Untersuchungszeiten zu reduzieren und die räumliche Auflösung deutlich zu verbessern. Mit der Einführung von Ultra-Hochfeld-Geräten mit einer Feldstärke von 7T ergeben sich neue Möglichkeiten der Bildgebung, insbesondere kleiner Strukturen des menschlichen Körpers wie dem Auge. Die Darstellung im Submillimeterbereich wird auch als MR-Mikroskopie bezeichnet. Alle Untersuchungen sind an einem 7.1T Kleintier-MRT der Firma Bruker (Clinscan, Bruker Biospin GmbH, Ettlingen, Deutschland) unter Verwendung kleiner Oberflächenspulen durchgeführt worden. Um die MR-Mikroskopie für das Auge zu nutzen wurden zunächst ex vivo Untersuchungen an Schweineaugen durchgeführt um die einzelnen Sequenzparameter Echozeit (TE), Relaxationszeit (TR), Bandbreite (Bw) und Matrix systematisch zu optimieren. Als Ziel wurde ein möglichst hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) der einzelnen Strukturen des Bulbus verwendet. Es zeigte sich, dass eine optimale Untersuchungssequenz immer ein Kompromiss aus maximal zu erreichender Auflösung und Messzeit ist. Als optimale Parameter für eine T2-gewichtete Sequenz ergaben sich eine TE-Zeit von ca. 25 ms und eine TR-Zeit von 4500 ms, bei möglichst kleinem FOV und großer Matrix. Im Anschluss wurde die Methode zur Untersuchung verschiedener intraokularer Implantate wie eines Glaukomstents und verschiedener Linsenersatzverfahren im Rahmen der experimentellen ophthalmologischen Chirurgie zunächst ex vivo und dann in vivo im Kaninchenmodell etabliert. Es konnte gezeigt werden, dass eine Darstellung eines Glaukomstents sowohl ex als auch in vivo im Submillimeterbereich verzerrungsfrei möglich ist. Der Fluss über den Stent konnte indirekt nachgewiesen werden, eine Quantifizierung gelang nicht. Auch die Darstellung verschiedener Linsenersatzverfahren wie die Einbringung eines künstlichen Polymers in den Kapselsack oder die Implantation unterschiedlicher künstlicher Intraokularlinsen war möglich. Der ausgeprägte Chemical Shift Artefakt konnte durch eine Variation der Bandbreite verringert werden. Die verzerrungsfreie und hochauflösende Darstellung der Linse gelingt sowohl vor als auch nach chirurgischer Intervention und ermöglicht somit eine exakte OP-Planung sowie eine hervorragende Kontrolle des Ergebnisses. Es wurden verschiedene humane Augen ex vivo mit unterschiedlichen pathologischen Raumforderungen nach klinisch indizierter Enukleation im Ultra-Hochfeld untersucht. Die Raumforderungen konnten so hochauflösend dargestellt werden, dass eine Beurteilung der Binnenstruktur, der exakten Ausdehnung und auf Grund des unterschiedlichen Signalverhaltens auch die Infiltration der umgebenden Strukturen möglich war. Es zeigte sich eine hervorragende Korrelation mit den anschließend angefertigten histologischen Präparaten. Die gewonnen Ergebnisse konnten auf ein humanes in vivo-Modell übertragen werden. Erste Ergebnisse wurden bereits als Poster auf dem ISMRM 2013 veröffentlicht.
  • Magnetic resonance imaging (MRI) is an established method for visualization anatomical structures and pathologies of the eye and orbit. With increasing magnetic field strength from 1 Tesla (T) to 1.5 T and 3 T and application of small surface coils it was possible to reduce scan time and increase in plane resolution. Ultra-high field MRI offers new possibilities in imaging small anatomical structures as the eye. Depiction in sub-millimetre range is known as MR microscopy. A 7.1 Tesla MRI from Bruker combined with small surface coils was used for all examinations. First the MR parameters echo time (TE), repetition time (TR), bandwidth (bw) and matrix were optimised systematically with the objective of maximum signal to noise ratio (SNR). It became apparent that an optimised sequence is always a compromise of resolution and acquisition time. Optimised parameters were TE 25 ms, TR 4500 ms at smallest FOV and biggest matrix possible. After initial experiments the method was used to examine different intraocular implants as glaucoma stents and different methods of lens replacement ex vivo and in vivo. Distortion free assessment of a glaucoma stent was possible in sub-millimetre range ex and in vivo. Indirect visualisation of flow inside the stent was possible, however quantification was not possible. Assessment of different intraocular implants was as possible as visualisation of a lens polymer. Chemical shift artefacts could be reduced with variation of bandwidth. Distortion free and high-resolution visualisation of the lens is possible before and after surgical intervention and is therefor an excellent tool for surgical planning process and operation control. Human eyes with different intraocular masses were examined after clinical indicated enucleation at ultra-high field. There was an excellent correlation with histology. Based on the knowledge the results have been transferred to human 7 T in vivo imaging.

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Metadaten
Author: Paul-Christian Krüger
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001817-8
Title Additional (English):MR microscopy of the eye at 7 Tesla ultra-high field MRI.
Advisor:Dr. Sönke Langner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2014/05/09
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2014/05/07
Release Date:2014/05/09
Tag:7 Tesla
GND Keyword:Auge, Kernspintomographie, Mikroskopie
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Diagnostische Radiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit