Perfusionsbildgebung anhand positiver und negativer Bolusanwendung in der Magnetpartikelbildgebung
Creators: name: Exner, Miriam
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2022
Subjects: subject: Magnetic Particle Imaging
subject: MPI
subject: Perfusionsbildgebung
classificationCode: 610
subject: Medizin

description: Ein möglicher Anwendungsbereich der Magnetpartikelbildgebung ist die Echtzeit-Perfusionsbildgebung. Diese wird zur Beurteilung des vaskulären Systems und der Durchblutung von Organen und Geweben eingesetzt. Anhand der Konzentrations-Zeitverläufe in einem interessierenden Volumen, die durch die intravenöse Injektion eines Tracer-Bolus hervorgerufen werden, können unterschiedliche Perfusionsparameter, wie z.B. die Zeit zum Peak, die mittlere Transitzeit, das Blutvolumen und der Blutfluss bestimmt und in Form von räumlichen Perfusionskarten dargestellt werden. Bei bestimmten Erkrankungen kann eine regelmäßige Überwachung der Perfusion bestimmter Organe erforderlich sein. Da sich die injizierten Partikel mit der Zeit im Blut des Patienten verteilen, bis ein Steady State erreicht ist und die Konzentrations-Zeitverläufe kein Profil mehr zeigen, ist für jede Aufnahme die Injektion eines weiteren Bolus notwendig. Die maximale Tracer-Menge, die einem Patienten in einem bestimmten Zeitraum injiziert werden darf, ist begrenzt. Außerdem steigt die Tracerkonzentration im Blut mit jedem Bolus weiter an, sodass durch Tracer-Boli mit der Zeit möglicherweise keine erkennbaren Konzentrationsänderungen mehr verursacht werden. In dieser Arbeit wurde ein Ansatz zur Lösung dieses Problems untersucht, bei dem die Form der Injektion für die Aufnahme eines erneuten Perfusionsbildes invertiert wird, indem anstelle eines weiteren Tracer-Bolus (positiver Bolus) ein Bolus aus Wasser oder NaCl (negativer Bolus) verwendet wird. Anhand eines an eine Pumpe angeschlossenen Rattenherz-Phantoms wurde untersucht, ob negative Boli ebenso für die Perfusionsbildgebung verwendet werden können wie positive Boli und ob dieselben Ergebnisse für die Berechnung von Perfusionsparametern erzielt werden können. Voraussetzung dafür ist, dass die Konzentrations-Zeitverläufe der negativen Boli auf die der positiven Boli normiert werden können. Für diese Untersuchungen wurden optische Vorversuche mithilfe von Tinte und Wasser sowie MPI-Messungen unter der Verwendung von Tracer und Wasser für die positiven bzw. negativen Boli durchgeführt. Auf Basis dieser Versuche wurden Zeitverläufe erstellt und hinsichtlich der Normierbarkeit ausgewertet sowie Perfusionskarten berechnet und ein quantitativer Vergleich der Karten der positiven und negativen Boli vorgenommen. Anhand der Experimente konnte gezeigt werden, dass positive und negative Boli identischer Größe aufeinander normiert werden können und negative genauso wie positive Boli prinzipiell zur Perfusionsbildgebung genutzt werden können.
description: Real-time perfusion imaging is a potential application of magnetic particle imaging. It is used to assess the vascular system and the perfusion of organs and tissues. The intravenous injection of a tracer bolus causes concentration-time curves in a volume of interest. Based on this, various perfusion parameters can be assessed and visualized in perfusion maps, e.g. time to peak, mean transit time, blood volume and blood flow. At certain diseases the consistent monitoring of the perfusion of certain organs is required. Until the reach of a steady state (when the concentration-time curves do not show a profile anymore), the injected particles spread in the patient’s blood. Thus, the injection of another bolus is necessary for every image acquisition. The maximum amount of tracer that may be injected to a patient in a certain time frame is limited. Additionally, the concentration of the tracer in the blood is increased by every bolus. Though, the change of concentration might not be detectable anymore. In this work a possible approach to this problem is considered. Therein, the form of the injection for the acquisition of a new perfusion image is inverted by the use of a water or NaCl bolus (negative bolus) instead of a tracer bolus (positive bolus). On the basis of a phantom of a rat’s heart that is connected to a pump, it is investigated if negative boluses might also be used for perfusion imaging as positive boluses to obtain the same results for the calculation of perfusion parameters. The concentration-time curves of the negative boluses necessarily need to be normalized to the positive ones. For this study, optical experiments were performed by use of ink and water as well as MPI measurements by use of tracer and water for the positive and negative boluses, respectively. Based on these experiments, time-curves were derived and assessed concerning their possibility of normalization. Besides, perfusion maps were calculated and compared quantitatively. As can be seen from the experiments, positive and negative boluses of identic size can be normalized to each other.