MRE2.0: Hochauflösende mechanische Bildgebung. Ingolf Sack Institut für Radiologie CCM

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1 MRE2.0: Hochauflösende mechanische Bildgebung Ingolf Sack Institut für Radiologie CCM

2 MRE: Magnetresonanzelastographie Elastizität,Viskosität, Struktur Druck, Porosität Was ist MRE1.0? -Räumliche Auflösung -Mikrostrukur -Druck MRE2.0

3 Das Prinzip der MRE akustische Quelle Scherdeformationen sind sensitiv auf multiskalare viskoelastische Netzwerke

4 MRE ist sensitiv auf Struktur und Druck Scherwellen: Viskoelastische Netzwerke Kompressionswellen: Druck, Porosität, Filtration F p p

5 MRE1.0: Die Methode Dr. R.Ehman Mayo Clinic, Rochester, MN Charité

6 MRE1.0: Räumliche Auflösung Hirntumor Xu et al. Acta Radiol 2007;48(3): Leberfibrose Dzyubak et al. J Magn Reson Imaging 2013; [Epub ahead of print].

7 MRE1.0: Nichtinvasive Graduierung der Leberfibrose Gesunde Leber Patient mit Zirrhose Wellenbilder deflection ( 0.15 mm ) [kpa] 8 6 Limit: 2.4 kpa Sens.: 0.86 Spez.: 0.80 Schersteifigkeit Limit: 3.8 kpa Sens.: 1.00 Spez.: 0.93 Elastogramme G'@50Hz ( 10 kpa ) 4 2 N = 20 N = 17 N = 16 N = 19 gesund Fibrosegrad (METAVIR-Score) MRE1.0 der Leber: Bisher unübertroffene Genauigkeit bei der Fibrosegraduierung Asbach et al. Radiology 2010

8 MRE1.0: Mehrfrequenz-MRE Anregungsfrequenz: 25.0 Hz 37.5 Hz 50.0 Hz 62.5 Hz komplexer Schermodul G* 15 kpa komplexe Wellenbilder U real G* = G' imag G* = G'' real U imag U 80 m Asbach et al. Radiology 2010

9 Viskoelastizität und Struktur komplexer Schermodul G* log(real G*) log(imag G*) log Vibrationsfrequenz : Elastizität : Viskosität

10 MRE1.0: In vivo Viskoelastizität humaner Gewebe 7 6 F4 Elastizität ( in kpa) hepatic fibrogenesis F3 muscle contraction m1 F2 F1 m2 MS2 a5 a4 a2 a1 a3 MS1 2 NPH1 F0 NPH brain tissue degradation Sack et al. Soft Matter 2013 Viskosität (powerlaw exponent

11 Struktursensitivität der MRE1.0 Muskel, entspannt Muskel, angespannt Klatt et al. Phys. Med. Biol Leber, gesund Hirn, jung Zirrhose Asbach et al. Radiology 2010 Hirn, alt Sack et al. Neuroimage 2009 Hirn, gesund Hirn, gesund MS, mild Wuerfel et al. Neuroimage 2010 MS, chronisch Streitberger et al. PlosOne

12 Streitberger et al. NMR Biomed Freimann et al. Neuroradiol Viskoelastizität bei Normaldruckhydrozephalus (NPH) healthy NPH vor Shunt NPH nach Shunt NPH 3 months post shunt neuronale Degeneration Reorientierung des neuronalen Netzwerks

13 pressure?

14 3D MRE y z z 30 slices x 3 Komponenten x 8 Zeitschritte y Gesamtuntersuchungszeit pro Frequenz (720 Bilder): 3,5 min

15 MRE1.0: Kompressions-MRE im Gehirn compression modulus K kpa *** 7 ** ml CSF Pa CSF pressure through spinal tap K = 570 Pa 0 NPH arterial pulse wave Valsalva Hirsch et al. MRM 2013

16 MRE1.0: Intrahepatischer Druck Drucksensitive-MRE der Leber 50 Divergenzänderung in % R² = Portosystemische Druckgradient in mmhg Druck-MRE sensitiv gegenüber Reduktion des intrahepatischen Druckgradienten aufgrund einer TIPS-Anlage Hirsch et. al J. Magn. Reson. Med. 2013

17 MRE2.0

18 MRE2.0: Nichtmagnetisches Schwingungssystem Bewegungswandler Überträger Hirn-MRE Leber-MRE

19 MRE2.0: 3DMMRE (3D-Mehrfrequenz-MRE) 30 Hz 35 Hz 40 Hz 45 Hz 50 Hz 55 Hz 60 Hz C 1 C 2 C 3 7 Frequenzen, 3-Feld-Komponenten, 8 Zeitschritte, 10 Schichten in ~10min Messzeit Guo et al. RöFo 2013, in print

20 MRE2.0: MDEVI (Multifrequency dual elasto-visco inversion) 30 Hz C 1 40 Hz * G C 2 50 Hz C 3 60 Hz MDEVI normale Inversion Papazoglou et al PMB 2012 DEVI

21 MRE2.0: 3DMMRE mit MDEVI der Leber MRE Magnitude Leber (gesund) Leber (Patient) v a G * kpa v a Hirsch et al MRM 2013

22 Abdominale MRE2.0 MRE Magnitude G * Leber / Milz Leber / Nieren K 6.5 kpa 26 kpa Bandscheibe

23 MRE2.0: HCC MRT (T1, T2) MRE ( G*, ) = G* = 0.. 4kPa histo cyst tumor tumor tumor necrosis

24 MRE2.0: Hirn Hirn (Glioblastom) Atlas der Hirnmechanik: (25 gesunde Freiwillige) G* = 0.. 2kPa 3.5 kpa 0.6 kpa 0.6 kpa = 0.. 2

25 MRE2.0 at 7T: Hirn MRE magnitude * G WM GM Auflösung 1 x 1 x 1 mm³ erstmalige Differenzierung von grauer und weißer Substanz!

26 Zusammenfassung MRE1.0: Gemittelte mechanische Kenngrößen -drucksensitiv -struktursensitiv MRE2.0: ortsaufgelöste mechanische Kenngrößen regional aufgelöste Druck- und Struktursensitivität potenziell viel höhere diagnostische Genauigkeit!

27 die AG Elastographie der Charité PD Jürgen Braun Dipl. Phys. Andreas Fehlner Dipl. Phys. Sebastian Hirsch Dipl. Phys. Heiko Tzschätzsch Dr. Jing Guo Dr. Sebastian Papazoglou clinical Radiologists involved in MRE: PD Thomas Elgeti PD Patrick Asbach PD Thomas Kroencke Dr. Michael Scheel Prof. Thomas Fischer