Boesiger, P.

Burger, C.

Duc, C.

Meier, D.

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In-Vivo Spectroscopic Imaging auf MR-GanzkörpergerätenMeier D,f Burger C., Duc C., Boesiger P.Institut für Biomedizinische Technik und Medizinische InformatikUniversität und Zürich, CH-8044 Zürich SchweizEINLEITUNG: In der Magnetresonanz-Spektroskopie gewinnen Lokalisationsverfahren,die unter dem Namen 'Spectroscopic Imaging' [1Jbekannt sind, mehr und mehr an Bedeutung. Mitdiesen Verfahren, die auf einer Erweiterungen deskonventionellen Fourier-lmagings basieren, kön-nen Signale aus Volumenelementen einer Zeileresp. einer Kolonne (1DSI), aus einer Schicht(2DSI) oder aus aus einem begrenzten räumli-chen Volumen (3DSI) innerhalb einer speziellenMess-Sequenz gleichzeitig registriert werden. Diephasenkodierten Zeitsignale werden mitFouriertransformation in räumlich dekodierte Si-gnale übergeführt; eine weitere Fourier-transformation liefert schliesslich die Frequenz-spektren der einzelnen Volumenelemente.Die Spektren aus dieser Vielzahl von Volumenele-menten erlauben einen direkten Vergleich zwi-schen verschiedenen Geweberegionen. Somitkönnen metabolische Veränderungen in erkrank-tem Gewebe direkt der Metaboliteninformationaus gesunden, unter gleichen Bedingungen undgleichzeitig gemessenen Regionen gegenüberge-stellt werden. Ausserdem können die Flächen dereinzelnen Metaboliten als Grau- oder Farbwertekodiert und bildlich dargestellt werden(Spectroscopic Images; Metabolitenbilder).METHODE: Die Pulssequenz für 3D-Spectro-scopic Imaging besteht im einfachsten Fall (Figur1) aus einem RF Blockpuls gefolgt von einem In-tervall mit den geschalteten Phasen-kodiergradienten in allen 3 Raumrichtungen. Dar-an schliesst die Aufzeichnung des freienInduktionssignals (FID) an. Im Falle von 2DSI be-steht die RF-Anregung aus einem frequenz-selektiven Sinc-Gauss-Puls, der zusammen mit ei-nem schichtselektiven Gradient angelegt wird. DiePhasenkodierung wird dann nur noch innerhalbder Schichtrichtung vorgenommen.RFGx.y.zZeitFigur 1: Pulssequenz für SpectroscopicImaging (3DSI).Die räumlich dekodierten Zeitsignale werden miteinem Schätzverfahren weiterverarbeitet [2]. Da-bei werden die gemessenen Signale der unter-suchten Region mit bekannten Resonanzliniendes entsprechenden Gewebes verglichen. EineFitprozedur liefert schliesslich die beschreibendenParameter des Spektrums (zB. die relative Meta-bolitenkonzentrationen). Phasenfehler und Arte-fakte der Basislinie werden mit diesem Verfahrenebenfalls eliminiert. Die gemessenen Phosphor-spektren können mit diesem Verfahren erfolgreichverarbeitet werden, wogegen die Auswertung derWasserstoffspektren mit derselben Methode nochproblematisch ist.ERGEBNISSE: Die Anwendung der SI-Methodewurde bisher auf den Hirnbereich beschränkt, weileinerseits von der Fragestellung her viele interes-sante Resultate zu erwarten sind, und andrerseitsdie Messung mit speziellen Kopfspulenunproblematisch ist. In Figur 2 sind die verarbeite-ten Spektren der gemessenen Phosphorkerne auseiner Transversalschicht durch das menschlicheGehirn dargestellt. Die Messungen wurden auf ei-nem 1.5 T Ganzkörpergerät, Philips GyroscanACS II, durchgeführt.Biomedizinische Technik Band 38 · Ergänzungsband · 1993- 351 -^,^li.^K.J·,,A• **-*/^^„_*MA.^,-<·»—^ _^Ul^*·Ä_L^^_^^J*-_X__X«_^A».— ^-**~— „^r"i«^_-A*».A.A..AI4.jtULf t tAJLAnA..AI.A,vAJL.AIIJ^t^^^^^_^-A—ALA,,ALA.ALALAIALAlAnA .».>UA».ALAiAtAlAIALA.AlkAn.\iALAxALAAA,A.ALi,IL..AlAuVALAIA.A.AL.AI^.,*-.*_AllAuAiAl..Ai.A.A.AL^« ,J^,\l!ALAiA.AlAI* 14.Ai^AI..4,4,1>VJL„X^A.J^ l·-A*_»-fc-i_J ,-*^_Figur 2: Phosphorspektren (Fit-Resultate) ei-ner Transversalschicht durch das GehirnDie räumliche Auflösung der 17*17 Volumenele-mente beträgt nominal 14 ml.Die Resonanzlinien der einzelnen Spektren kön-nen chemischen Verbindungen zugeordnet wer-den und geben Aufschluss über lokaleStoffwechselvorgänge und die metabolische Zu-sammensetzung des Gewebes. Die Flächen unterden einzelnen Linien entsprechen dabei den rela-tiven Konzentrationen der entsprechendenMetaboliten. Somit ist eine Konzentrationsvertei-lung aus allen gemessenen Volumenelementenbestimmbar. Diese relativen Konzentrationswertekönnen als Grauwerte oder mit Falschfarben ko-diert und als Bildinformation dargestellt werden.Zur besseren Verdeutlichung werden Meta-bolitenbilder, die ursprünglich nur eine sehr kleineAuflösung (typischerweise 16*16 für Phosphor-metaboliten bzw. 32*32 für Wasserstofflinien) zueiner höheren Auflösung (128*128 resp.256*256) extrapoliert und dem Wasserstoff-Konturbild überlagert.Das folgende Resultat einer Wasserstoff-Spektroskopie-Messung in einer transversalenSchicht durch das menschliche Gehirn (Figur 3)zeigt die Konzentrationsverteilung von N-Acetyl-aspertat (NAA). Die räumliche Auflösung der ge-messenen 32*32 Volumenelemente beträgt0.61ml.Figur 3: Konzentrationsverteilung von NAA in ei-ner Transversalschicht durch das menschlicheGehirnIn dieser 2DSI Messung wurden nur die Spins in-nerhalb eines ausgewählten Volumens (115*90*10 mm) innerhalb des Gehirns angeregt. Dieswird mittels PRESS, einer der Sl vorangestelltenLokalisationssequenz, erreicht. Ausserdem wirdmit einer Sättigungssequenz (CHESS) das Signaldes freien Wassers unterdrückt. Die Konzentrationwurde mittels einfacher Integration der NAA Linieermittelt.DISKUSSION: Spectroscopic Imaging ist eine effi-ziente Methode um Spektren aus einer Vielzahlvon Volumenelementen in kurzer Messzeit zu er-halten. Für die Phosphorsignale stellt die minimalemögliche räumliche Auflösung eine gewisse Limi-tation für den klinischen Einsatz dar. Die Qualitätder Wasserstoffspektren hängt in starkem Massvon der erreichten Wasser- und Fettunter-drückung ab, ermöglicht aber differenzierte räumli-che Aussagen über die Metabolitenverteilung.LITERATUR:[1] T.R. Brown et al.; Proc. Nati. Acad. Sei. USA79,3523(1982)[2] C. Burger et al.; Magn, Reson. Med. 21, 216(1991)Biomedizinische Technik Band 38 · Ergänzungsband · 1993- 352 -

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