Regional hjerneperfusjon med blind dekonvolusjon ved infarkt, karmalformasjoner og carotisstenose
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 911021
- Ansvarlig person
- Torfinn Taxt
- Institusjon
- Helse Bergen HF og Universitetet i Bergen
- Prosjektkategori
- Forskningsprosjekt
- Helsekategori
- Hjerne
- Forskningsaktivitet
Rapporter
Vi har laget modeller for måling av regional sirkulasjon i hjernen med MR som gir mye bedre estimater av sirkulasjonsmålene enn tidligere. Foreløpig har vi
evaluert den beste av disse metodene på en gruppe av ca. 50 profesjonelle
dykkere. Resultatene er meget gode for regional blodgjennomstrømning, regionalt blodvolum
og regional transittid.Måling av regional sirkulasjon er viktig i diagnosen og oppfølgingen av mange sykdommer som rammer hjernen, f.eks. i fastsettelsen av et infarkts(hjerneslags) utbredelse og lokalisasjon og i evalueringen av svulster.
Denne målingen kan gjøres med høy romlig oppløsning i en magnetisk resonansskanner etter injeksjon av et kontrastmiddel i en perifer vene. Kontrastkonsentrasjonen i hvert bildeelement måles hvert sekund i et til to minutter. Hvert bildeelement måler ca 1 mm2. For å få ut sirkulasjonsmål for hvert bildeelement må kontrastsignalet til bildeelementet analyseres med en matematisk model. I analysen fjernes spredningen og forsinkelsen av signalet som oppstår før kontrasten når vevet i bildeelementet.
I prosjektet har vi laget nye matematiske modeller som gir mye bedre estimater av sirkulasjonsmålene enn tidligere. Regionalt blodvolum, regional blodgjennomstrømning og regional transittid har blitt studert som funksjon av alder.
Metoden tillater også meget god tidsfremstilling av hvordan den arterielle kontrastpulsen brer seg gjennom alle hjernevev. Det er meget god overensstemmelse med målinger fra andre teknikker.
Injeksjonsstedet for kontrasten er en perifer vene og tar tid. Kontrasten kommer derfor til hjernen som en langtrukket, glatt puls. For å observere bare den regionale hjernegjennomblødningen må effekten av denne langtrukne kontrastpulsen fjernes. Med andre ord ønsker vi å se effekten av kontrasten når den kommer som en meget kort og skarp puls. Problemet er at den langtrukne pulsen er ukjent og spesifikk for hvert lite hjerneområde som er innenfor et bildeelement. Vi har funnet flere måter å estimere hver av disse ukjente pulsene likevel ved ganske enkle antagelser.
Til nå har vi testet metodene ved utstrakte simuleringer, på et sett av friske forsøkspersoner og noen hjerneinfarktpasienter. Resultatene viser at de nye metodene er enklere og gir bedre hjernegjennomblødningsinformasjon enn standardmetoder der en måler en og bare en kontrastpuls i en hjernearterie. Forklaringen er at en slik puls ikke er målt der hjernevevet vi avbilder befinner seg. Passasjen fra hjernearterien til hjernevevet gir spredning og forsinkelse av kontrasten og er ulik for ulike hjerneavsnitt.
Metodene er offentliggjort i 4 artikler i doktorgraden til Renate Gruner i september 2005. To av disse artklene er under trykking i Journal of Magnetic Resonance Imaging og i Magnetic Resonance in Medicine.
For studiene på de ca 50 dykkerne skrives det to artikler som planlegges offentliggjort i ledende tidsskrifter innen medisinsk magnetisk resonans. Den første har tittelen: Iterative blind deconvolution of dynamic susceptibility contrast MRI-data from a healthy population. Part I: Arterial input function maps.Den andre har tittelen: Iterative blind deconvolution of dynamic susceptibility contrast MRI-data from a healthy population. Part II: Cerebral blood volume, blood flow and mean transit time.
En blind dekonvolusjonsmetode som gir vokselspesifikke arterielle inputfunksjoner og og perfusjonsparametere er utviklet og testet på slagpasienter.I 2004 utviklet vi en klar forbedring av metodene for estimering av vokselspesifikke arterielle inputfunksjoner og perfusjonsparametere som vi hadde laget i 2003.
Den nye metoden er basert på en iterativ, vokselbasert estimering av vevsresidualfunksjoner og arterielle inputfunksjoner. Det er søkt om patentering av metodene i USA (File no. 444.82986/000) og tre
artikler om metodene er nå sendt til publisering i J. of Magnetic Resonance Imaging
og i Magnetic Resonance in Medicine. De to første artiklene har fått gode refereeuttalelser. De må imidlertid slås sammen til en før publisering.
Metoden fra 2004 er implementert i en spesial-versjon av den kommersielle softwarepakken nICE fra Nordic Neurolab, og brukt i evalueringen av perfusjonsdata fra slagpasienter med meget lovende resultater.
Resultatene er klart bedre enn det andre
publiserte metoder gir. Infarkter, flowforandringer og tidsforsinkelser i flow fremtrer svært tydelig og i overensstemmelse
med andre observasjoner og apriori kunnskap.
Evalueringen er utført av nevroradiolog Håkon
Nordli, som fikk lønn av prosjektet for 3 måneder i 2004. Resultatene er sendt til publisering i Stroke nettopp:
H. Nordli, R.Gruner and T.Taxt: Voxel specific estimation of dynamic susceptibility contrast MRI-data: Introducing
high resolution maps of arterial input function in stroke patients.
Evalueringen vil fortsette for andre pasientgrupper i 2005.
Metoder for automatisk estimering av vokselspesifikke arterielle inputfunksjoner og lekkasjefunksjoner i MR perfusjon har blitt utviklet. Dermed fås forbedrede bilder av alle perfusjonsparametere automatisk.Prosjektets første del er utvikling av metoder for automatisk estimering
av vokselspesifikke arterielle inputfunksjoner og lekkasjefunksjoner i
perfusjons MR bilder. Denne delen er fremdeles under utvikling, men har
allerede vært så vellykket at Universitetet i Bergen har sagt ja til å
bekoste verdenspatentering (Ref. Johan C. Haveland, Unifob). De tre
artiklene ovenfor kan ikke publiseres før patenteringen er avsluttet,
sannsynligvis innen mai 2004.
Fordelen ved den automatiske vokselspesifikke estimeringen er forbedrede
parametriske bilder av flow, time to peak, transit time og lekkasje uten
interaktivt skjermarbeid.
Den andre prosjektdelen er bruk av de nye metodene på utvalgte
pasientgrupper med sykdommer i sentralnervesystemet. Så langt har vi
testet den første versjonen av de nye metodene på en liten gruppe av
friske, voksne menn (dykkere). De parametriske bildene med den nye
metoden var mer informative enn de parametriske bildene ved
standardmetoden, som krever betydelig interaktivt arbeid.
Vi har også testet den nye metoden på noen få pasienter med tumor og
infarkt. Så langt er resultatene som forventet.
Vi vil i år også prøve å tillempe de nye metodene ved hjerteperfusjon.
Her er bevegelse under perfusjonsopptaket et stort problem, som ennå
ikke er løst.
Vitenskapelige artikler
Gruner R., Moen G. and Taxt T-
Magnetic resonance brain perfusion imaging with voxel specific arterial input functions. Part I: Methods and simulations
In review for patenting
Bjørnarå B., Gruner R., Moen G. and Taxt T
Magnetic resonance brain perfusion imaging with voxel specific arterial input functions. Part II: Results in a healthy male popu
In review for patenting
Taxt T. and Gruner R.
Lucy-Wiener deconvolution of magnetic resonance perfusion images with voxel specific estimates of leakage, recirculation and art
In review for patenting
Doktorgrader
Grüner R
Blind deconvolution in magnetic resonance brain perfusionimaging
- Disputert:
- september 2005
- Hovedveileder:
- Torfinn Taxt
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til Faglig rapportering, Helse Vest