Segmentierung von Reingewebespektren bei der In-vivo-Protonenspektroskopie des menschlichen Gehirns

Abstract

Bei der lokalisierten In-vivo-Protonenspektroskopie des Gehirns ist es oft nicht moglich, die relativ grosen Messvolumina (Voxel) so zu platzieren, dass sie nur Anteile der interessierenden Gewebeart enthalten. Bei kleineren, unregelmasig geformten Lasionen, z. B. Metastasen, Entmarkungsherden oder Ischamien, liegt oft ein erheblicher Anteil des umgebenden Odems oder Normalgewebes in demselben Voxel (Partialvolumen). Das akquirierte Spektrum stellt somit ein Mischspektrum verschiedener Gewebetypen im Voxel dar, das deutlich vom Spektrum der interessierenden reinen Gewebeart abweichen kann. Es wird eine Methode vorgestellt, mit der Spektren interessierender Gewebearten aus gemessenen Mischspektren berechnet werden konnen. Zur Aufnahme der Spektren wurde eine PRESS-Sequenz verwandt. Um eine Berechnung der Reingewebespektren zu ermoglichen, wurden bei Probanden- und Patientenuntersuchungen Spektren aus verschiedenen Voxeln aufgenommen, die jeweils unterschiedliche Anteile der verschiedenen reinen Gewebearten enthielten, wobei genauso viele Voxel gemessen werden mussen wie insgesamt verschiedene Gewebearten darin enthalten sind. Die Berechnung des Spektrums fur die gesuchte reine Gewebeart erfolgte uber die Losung eines linearen Gleichungssystems. Dazu mussen die prozentualen Anteile der verschiedenen Gewebearten in den Voxeln bekannt sein. Um diese zu bestimmen, wurden bei den Probandenuntersuchungen hochaufgeloste native MP-RAGE-Datensatze und bei Patienten in Abhangigkeit von der Signalcharakteristik auch FLAIR- oder kontrastangehobene MP-RAGE-Datensatze aufgenommen, aus denen anschliesend durch Bildsegmentierung die Anteile der reinen Gewebearten in den Voxeln bestimmt wurden. Fur die Segmentierung wurden sowohl ein automatisches, standardisiertes als auch ein semiautomatisches, histogrammbasiertes Verfahren eingesetzt. Es wurden bei Probanden reine Spektren grauer (GS) und weiser Substanz (WS) berechnet. Hierbei zeigten sich bei den Reingewebespektren im Vergleich zu den gemessenen (Misch-)Spektren sehr viel deutlichere Unterschiede in der metabolischen Zusammensetzung von GS und WS sowohl im Kleinhirn als auch supratentoriell. Des Weiteren fanden sich in den Reingewebespektren deutliche Unterschiede der Metaboliten zwischen GS des Klein- und Groshirns, wahrend die Zusammensetzung der WS supra- und infratentoriell identisch war. Auch konnte gezeigt werden, dass bei verschiedenen zerebralen Lasionen erhebliche Unterschiede zwischen den die Lasionen enthaltenden, gemessenen Spektren und den berechneten, reinen Spektren der Lasionen bestanden. Die Methode zeigt, dass es moglich ist, mit der Einzelvolumenspektroskopie Strukturen aufzulosen, die sehr viel kleiner als die minimal messbaren Voxelgrosen sind. Es gelingt somit, lasionsspezifischere spektrale Muster als mit den herkommlichen Messungen, die bei kleineren oder unregelmasig konfigurierten Lasionen immer partialvolumenbehaftet sind, darzustellen.