Fortgeschrittene Akquisitions- und Nachverarbeitungsmethoden von MRT-Bilddaten des Gehirns im Spannungsfeld von Forschung und klinischer Routine-Bildgebung

*Hintergrund und Ziele* Die Neuroradiologie ist ein sich schnell entwickelndes Fachgebiet, das stark von der engen Zusammenarbeit mit Physik, Medizintechnik und Informatik durch die Nutzbarmachung neuer Bildgebungstechniken profitiert. Eine stetig wachsende Anzahl neuer MRT-Kontraste (X-Kerne, CEST, Diffusionsparameter, um nur einige zu nennen) verspricht erweiterte Einblicke in pathophysiologische Prozesse und verfeinerte Lokalisation bekannter Pathologien. Dieses innovative Potential zu evaluieren und möglichst in den klinischen Alltag zu bringen, ist Aufgabe der translationalen Forschung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei weiterführenden Methoden der klinischen MR Kopf-Bildgebung, die in den zwei Studien im Hauptteil dieser Arbeit behandelt werden: der symmetrische interhemisphärische Vergleich von Diffusionsdatensätzen zur Lateralisation von Hippocampussklerosen [1] und die Natrium-Bildgebung zur Bewertung von entzündlichen Läsionen bei Multipler Sklerose [2]. Diese beiden Anwendungen sind auf den ersten Blick sehr unterschiedlich, beruhen jedoch auf gemeinsamen fundamentalen Prinzipien und Abläufen bei der Analyse der Bilddaten: der Akquisition geeigneter MR Bilddaten, der Interaktion mit den befundenen ÄrztInnen, den morphometrischen Transformationen, mathematischen Operationen und der Statistik dreidimensionaler Bilddatensätze sowie der Verarbeitung der Bilder im DICOM- und anderen Standards. *Methoden (Patienten, Material und Untersuchungsmethoden)* Die symmetrische, traktbasierte, räumlich-statistische Auswertung (TBSS) von Diffusionstensor (DTI) - Parameterkarten erlaubt einen interhemisphärischen Gruppenvergleich, der unabhängig von individuellen bilateralen Unterschieden ist und daher sensitiv subtile, lokale Veränderungen anzeigen kann. Die Studie [1] verwendet ein genau abgegrenztes Patientenkollektiv, basierend auf gesicherten histologischen Befunden nach neuroradiologischer Verdachtsdiagnose, um zu evaluieren, ob mit DTI und symmetrischer TBSS eine verbesserte Detektion der Hippocampussklerose möglich ist. In Studie [2] wurden Natrium-MRT Messungen im Gehirn von Patienten mit Multipler Sklerose akquiriert und zu Bildern aus anderen MR-Messungen des Gehirns des gleichen Patienten transformiert, so dass einzelne entzündliche Läsionen bezüglich ihrer Kontrastmittelaffinität und anderer Eigenschaften generell und longitudinal charakterisierbar wurden. Zur Bewertung von MS-Läsionen wurde eine grafische Benutzeroberfläche in Matlab [3] erstellt, mit der eine effiziente Charakterisierung der einzelnen Läsionen möglich wurde. *Ergebnisse und Beobachtungen* Linksseitige und rechtsseitige Hippocampussklerosen können mit der symmetrischen TBSS eindeutig getrennt werden, jedoch gibt es Überschneidungen der Messwerte von Patienten und Normalpersonen. Somit ist die Detektion der Erkrankung nicht eindeutig möglich. Es konnte aber mit dieser Methode gezeigt werden, dass die strukturellen pathologischen Veränderungen bei der Hippocampussklerose über den bildmorphologisch veränderten Hippocampus hinaus bis in das nachweisbar sind. Die Natrium-Konzentration in den Läsionen ist gegenüber der normalen weißen Substanz erhöht, wobei die größte Akkumulation von Natrium in den kontrastmittelaffinen Läsionen zu finden ist. Im Verlauf normalisiert sich der Natriumgehalt der Läsionen teilweise, jedoch nicht vollständig. Durch die Analyse der intrazellulär gewichteten Natrium-IR Messungen wurde es in Studie [2] möglich, nachzuweisen, dass die Natrium-Erhöhung in der überwiegenden Mehrheit der Läsionen ihre Ursache in der Ansammlung von Flüssigkeit hat und nicht in der Erhöhung des intrazellulären Natriums. Jedoch konnte eine kurzzeitige Erhöhung des intrazellulären Natriums hyperakuter Läsionen in Einzelfällen gezeigt werden. Das intrazellulär gewichtete Natrium zum Zeitpunkt der ersten Messung korreliert mit der Entwicklung des Gesamtnatriums im Verlauf, womit die Natrium-IR zu einem potentiellen prognostischen Marker wird. *Schlussfolgerungen und Diskussion* In der vorliegenden Arbeit wird exemplarisch gezeigt, wie einerseits Synergien multiparametrischer Datensätze genutzt werden können und andererseits durch gezieltes Postprocessing die Sensitivität der MR-Bildgebung erhöht werden kann. Solche Ansätze sind auch für die konzertierte Nutzung weiterer Modalitäten, gegebenenfalls zukünftig auch mit Unterstützung durch Architekturen der künstlichen Intelligenz, vielversprechend und von Interesse, da sie sowohl gut auf andere Methoden übertragbar als auch auf größere Projekte skalierbar sind.