In der Magnetresonanztomographie der Leber tritt in der diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI) häufig ein Signalverlust im linken Leberlappen auf, welcher durch die Herzpulsation verursacht wird. Ziel dieses Projektes ist es, die Bildqualität der Leber-DWI zu verbessern. Dazu soll dieses Artefakt reduziert werden, während gleichzeitig das Blutsignal unterdrückt ist. Hierfür soll ein „gemischtes“ Protokoll verwendet werden, dessen Verwendbarkeit in einer kürzlich durchgeführten eigenen Freiwilligenstudie nachgewiesen wurde. Es enthält eine konventionelle bipolare Diffusionskodierung bei einem kleinen b-Wert (50 s/mm²) und eine flusskompensierte Diffusionskodierung bei einem hohen b-Wert (800 s/mm²). Dieses Protokoll soll in einer prospektiven Patientenstudie verwendet werden, in welche Patienten mit bekannten oder vermuteten Leberläsionen eingeschlossen werden sollen. Einer der wichtigsten Parameter, die ausgewertet werden, ist dabei die Sichtbarkeit der Läsionen im linken Leberlappen. Um eine weitere Verbesserung der Bildqualität zu erreichen, sollen fortschrittliche Datenverarbeitungsverfahren entwickelt und bewertet werden. Hierbei sollen konventionelle Ansätze, z.B. Ausreißererkennungen, verfolgt werden. Zudem sollen „faltende neuronale Netzwerke“ („convolutional neural networks“) trainiert werden, um qualitativ hochwertige Bilder aus dem Satz der aufgenommenen diffusionsgewichteten Bilder zu erzeugen.

Dieses Projekt wird in Kooperation mit dem klinischen Partner Marc Saake durchgeführt.

Das Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) Modell von Denis le Bihan et al. führt den beobachteten starken Signalabfall in der diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie bei kleinen b-Werten auf das Vorhandensein eines Kompartiments zurück, welches Blut als fließende Flüssigkeit enthält. Das IVIM-Modell ist attraktiv, da es die Untersuchung von Perfusionsparametern in nativen Untersuchungen zulässt. Die zunehmenden Diskussionen um Ablagerungen Gadolinium-haltiger Kontrastmittel im menschlichen Gehirn haben zusätzlich zu dieser Attraktivität beigetragen. Dieses Projekt baut auf zwei neuere Forschungsergebnisse auf. Erstens verschwindet der IVIM-Effekt bei Verwendung kurzer flusskompensierter Diffusionswichtungen, wird bei länger werdenden flusskompensierten Diffusionswichtungen aber wieder sichtbar. Die Verwendung des IVIM-Modells von Denis le Bihan et al. macht es möglich, diese experimentelle Beobachtung mit Parametern wie Blutflusskorrlationszeit τ and Gefäßsegmentlänge l zu verknüpfen. Diese Parameter sind im Rahmen der Angiogenese bei Tumorerkrankungen von großer Wichtigkeit. Zweitens zeigten neuere Arbeiten, dass das oft verwendete bi-exponentielle IVIM-Modell bei sehr kleinen b-Werten nicht mehr gültig ist und ein tri-exponentielles Modell passender erscheint. Die Ursache des tri-exponentiellen Verhaltens ist momentan unklar, aber eine attraktive Interpretationen wäre z.B. die Zuordnung der gemessenen zwei Flusskompartimente zu venösem und arteriellem Blut. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Mechanismen zu verstehen, die den Kontrast in flusskompensierter und tri-exponentieller IVIM-Bildgebung erzeugen. Experimentell soll dies erreicht werden, indem flusskompensierte und tri-expoentielle IVIM-Messungen mit variierender Echozeit (TE) bei unterschiedlicher Feldstärke (B0) durchgeführt werden. Dies soll die Identifizierung der Beiträge unterschiedlicher Kompartimente (wie venös, arteriell, Primärharn in der Niere) beitragen. Dazu soll die Eigenschaft verwendet werden, dass die transversale Relaxationszeit dieser Kompartimente unterschiedlich ist und darüber hinaus von B0 abhängt. Da diese IVIM-Messungen experimentell herausfordernd sind, ist ein Teil des Projektes auf die Optimierung des Messprotokolls fokussiert. Die geplanten Experimente sollen an klinischen Scannern an gesunden Probanden durchgeführt werden.

Bei der stimulierte-Echo Diffusionsbildgebung (STE-DWI) handelt es sich um ein neues Verfahren für die Untersuchung der weiblichen Brust mittels MRT. Es kommt ohne Kontrastmittel aus. Die Ergebnisse einer 2017 erschienen Publikation (8 Patientinnen) lassen vermuten, dass dieses Verfahren das Potential hat, Limitationen der konventionellen MRT-Diffusionsbildgebung überwinden zu können, welche bereits weitverbreitete Anwendung findet. Die Limitationen sind unter anderem eine oft mangelnde Qualität der Fettsättigung und eine nicht eindeutige Trennung zwischen malignen und benignen Läsionen durch die gemessenen quantitativen Diffusionskoeffizienten. In diesem Projekt soll in enger Kooperation zwischen Medizinern und Physikern eine klinische Studie durchgeführt werden, die die klinische Wertigkeit dieses neuen Ansatzes hinsichtlich des klinischen Einsatzes und für Früherkennungsprogramme evaluiert. In der ersten Phase wird die Technik und ein Protokoll für die klinische Studie entwickelt (Physik-Teil), die in der zweiten Phase durchgeführt wird (Radiologie-Teil). Es sollen 70 Patientinnen untersucht werden. Die Qualität der diffusionsgewichteten Bilder und die Trennschärfe der quantitativen Diffusionskoeffizienten wird dazu evaluiert werden.

Dieses Projekt wird in Kooperation mit den klinischen Partnern Evelyn Wenkel, Sabine Ohlmeyer und Sebastian Bickelhaupt durchgeführt.

Die Professur von Frederik Laun wurde über das DFG-Heisenberg-Programm finanziert.