A3 – Comprehensive chemical exchange saturation transfer (cCEST) MRI

Dieses Projekt ist Teil der Forschungsgruppe „Schnelle Kartierung von quantitativen MR bio-Signaturen bei ultra-hohen Magnetfeldstärken“.

Im Fokus steht die Erweiterung, Beschleunigung und Verbesserung der Chemical-exchange-saturation-transfer-(CEST) MRT bei 7 T. Die CEST-MRT liefert spektroskopische Information und profitiert stark vom erhöhtem SNR und der erhöhten spektralen Auflösung bei 7 T.

CEST liefert viele biochemisch relevante Informationen wie pH, den Gehalt von Kreatin, Glutamat, Phosphokreatin, oder Glycosaminoglykanen (GAG), den Protein-/Peptidgehalt, die Proteinstruktur sowie den Lipidgehalt im Gewebe. CEST hat bereits vielversprechende diagnostische Ergebnisse bei der Bildgebung von Tumoren, Schlaganfällen und Neurodegeneration gezeigt. Allerdings ist CEST-MRT nicht nur eine einzige Methode, sondern erlaubt eine Vielzahl von verschiedenen Optionen, die für unterschiedliche CEST-Gewichtungen gewählt werden können. Je nach Austauschrate und chemischer Verschiebung der jeweiligen Protonengruppe ist die optimale CESTGewichtung unterschiedlich. Dies eröffnet einen ganzen Parameterbereich, der durch das Tripel (Sättigungsoffset, Sättigungsamplitude und Sättigungszeit) gegeben ist. In klinischen Studien wurde bisher aus Zeitgründen meist nur jeweils ein Punkt dieses Parameterbereich in klinischen Fragenstellungen untersucht.

Das Ziel dieses Projekts ist es, diesen CEST-Parameterbereich umfassend abzudecken, so dass die meisten CEST-Gewichtungen innerhalb eines Scans verfügbar sind. Dies wird dank neuer Entwicklungen in der schnellen Akquisition (Snapshot-CEST), der Feature-Reduktion und der Reduktion von Sättigungszeiten möglich.

In Kombination mit von anderen Projekten der Forschungsgruppe 5534 entwickelten Methoden wie unterabgetasteter Akquisition, homogener pTx-Sättigung, bewegungsstabiler Akquisition und Deep-Learning-methoden wird eine umfassende CEST-Methode (comprehensive CEST, cCEST) angestrebt, die – als Teil des MRBiosignature-Scans – maximale Gewebeinformation bei minimaler Messzeit liefert. Wir erweitern und beschleunigen also die CEST-MRT bei 7 T, um einen klinisch machbaren, aber umfassenden CEST-Scan zu ermöglichen.

Dass die cCEST-Methode zu Vorteilen für die klinischen Forschungsfragen der RU führen sollte, ist durch bisherige Forschungsergebnisse plausibel z.B. für die Risikostratifizierung von Brusttumoren, ist sowohl die Alterskorrelation von Amid-CEST und die Korrelation mit dem mit GAG-Gehalt vielversprechend für eine mögliche detailliertere Charakterisierung der fibroglandulären Gewebe-Mikrostruktur. In Muskelgewebe werden pH- und Harnstoffinduzierte
CEST-Veränderungen bei Dialyse erwartet. Für die Neurodegeneration sind Lipide, die zum rNOE CEST-Signal beitragen
interessante Indikatoren, aber auch Proteinaggregation und Denaturierungsprozesse die zu nachweisbaren CEST-Veränderungen führen. Der vorgesehene cCEST-Scan umfasst alle diese Gewichtungen, erweitert diese aber, um
zusätzliche Hypothesen zu generieren.

Projektleitung: Moritz Zaiss