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Einzelne Linien

Im Dokument Ch Cr (Seite 94-101)

Differenz

ATP

α β

-20 -15

-10 -5

0 5

10

ppm

Abb.3.14: DieselbenSignaldatenwieinAbb.3.12mitVARPROangepasst. Als

A-priori-Informationwurden dieungefährenLinienpositionenundLinienbreiten,sowie

dieDublett- bzw.Triplett-StrukturderATP-Linienangegeben.

A-priori-Informationen werden aber einzelne Linien der VARPRO-Abschätzung

nichtdurchzweiLiniendesModellspektrumsgeschätzt,unddieAufspaltungund

relativenIntensitätender Multiplettsentsprechen den physikalischen

Erwartun-gen.

Tab.3.3: Ergebnisse des VARPRO-Fits: Die Amplituden (Zeitdomäne) sindrelativ zur

AmplitudederPCr-Linieaufgetragen. A-priori-Informationenbeinhalten

Kopp-lung, Linienbreite und Amplitudenverhältnisse der ATP-Linien (Dubletts und

Triplett). Da der Algorithmus eineglobale Phaseerster und zweiter Ordnung

berechnet,werdenfürdieeinzelnenResonanzenkeinePhaseninformationen

an-gegeben(s.Abb.3.14).

Linie Frequenz[ppm] Amplitude[a.u.] Linienbreite[Hz]

PME 6,82 74,7615,44 26,77

P

i

5,17 41,96 8,98 16,55

PDE 3,05 291,0740,80 52,81

PCr 0,22 100,00 4,50 7,93

-ATP1 -2,03 43,34 3,81 14,13

-ATP2 -2,65 43,34 3,81 14,13

-ATP1 -7,07 61,78 6,95 23,97

-ATP2 -7,70 61,78 6,95 23,97

-ATP1 -15,36 19,90 1,91 13,85

-ATP2 -15,98 39,80 3,82 13,85

-ATP3 -16,60 19,90 1,91 13,85

3.6 Segmentierung und Pulsprolkorrektur

Beider Interpretationder Spektrenund insbesondere beider

Absolutquantizie-rungvonMetabolitensignalenistdieZusammensetzungdes jeweiligen mitMRSI

gemessenen Volumens (Voxel) aus grauer Gehirnsubstanz (GM), weiÿer

Gehirn-substanz (WM) und Liquor (CerebroSpinal Fluid, CSF) von Bedeutung.

Ver-schiedene Studien haben gezeigt, dass Metabolitenkonzentrationen in

verschie-denen Gehirnregionen und Gewebetypen (GM und WM) unterschiedlich sind

[Heth01a,Wang98a,Webe00a]. InCSFndetmannursehrgeringe

Metaboliten-konzentrationen. ZusätzlichkannbeipathologischenBefundenwieDAT(Demenz

vomAlzheimerTyp)oderSchizophreniedieZusammensetzungderGewebetypen

inbestimmtenGehirnregionenverändert sein[Nair97a,Sull98a]. Besondersinder

klinischen Anwendung der MRS spielt daher die gewebliche Zusammensetzung

der aufgenommenen Voxel daher wichtige Rolle.

KortikalegraueGehirnsubstanz hat eineDickevon3mmbis6mmundist

inho-mogen im Voxel verteilt. Mit typischen (nominalen) Voxelgröÿen von 1 cm 3

bis

4cm 3

inder 1

H-Spektroskopieund27cm 3

odermehrinder 31

P -Spektroskopie

wer-den in der Regel die Metaboliten-Konzentrationen verschiedener Gehirngewebe

und CSF gemessen. Der interindividuelle Vergleich der gemessenen

Konzentra-tionenwird dadurch erschwert.

Das Programm SPM99 (SPM = Statistical Parametric Mapping) wurde

ur-sprünglichzurAuswertungvonPET-Datenverwendet,undwirdinzwischenauch

zur Datenanalyse in der funktionellen MR-Bildgebung (fMRI) eingesetzt

[Ash-b97a]. SPM99kannunteranderemhochaufgelösteanatomische3D-Datensätzein

GM, WM und CSF segmentieren und verschiedene anatomische Datensätze

ko-registrieren,alsoinräumliche Übereinstimmungbringen. Das Programmbasiert

aufdem Expertensystem MATLAB (Kap.3.2) undder Quellcode istfrei

verfüg-bar. Es wurde daherauf der Basisvon MATLAB einProgrammentwickelt, das

dieSegmentierungund KoregistrierungvonSPMverwendet undfür die

Auswer-tung einerMRSI-Messung nutzbar macht.

Um eine Segmentierung der Voxel einer MRSI-Messung zu erreichen, müssen

verschiedene Arbeitsschritte durchgeführt werden (Abb. 3.15):

Abb.3.15: Schematische Darstellung der verschiedenen Arbeitsschritte zur

Segmentie-rung, Koregistrierungund Korrektur der hochaufgelösten 3D-Bilddaten

[We-be01a].

ˆ DieSegmentierung eines hochaufgeösten 3D-Datensatzes inGM, WM und

CSF.

ˆ DieKoregistrierungdersegmentiertenDatenzumSpektroskopie-Datensatz.

ˆ Korrekturder Daten bezüglichdes Spektroskopie-Aufnahmeverfahrens

un-ter Berücksichtigung des durch die Point-Spread-Funktion beschriebenen

Voxelbleedings (s. Kap. 2); Korrektur bezüglich der durch die chemische

Verschiebung der beobachteten Metaboliten verursachten räumliche

Ver-schiebung des angeregten Volumens; Korrektur bezüglich der

Anregungs-prolebei volumenselektiven Sequenzen.

Insgesamt werden drei verschiedene Datensätze benötigt: (1) Ein

hochaufgelö-ster morphologischer 3D-Bilddatensatz und eine ausreichende Anzahl von (2)

2D-Lokalisierungsbildern,diezusammen mitden (3)MRSI-Daten aufgenommen

werden.

Diehochaufgelösten3D-BilddatenwerdenzuerstmiteinermodiziertenRoutine

vonSPM99 inGM,WM undCSFsegmentiert. Der implementierteAlgorithmus

bewirkteine guteSegmentierung,dieaufdemmaximumlikelihoodmixture

mo-del und zusätzlichem Vergleich mit Referenzbildern (Templates) beruht. Die

Templates wurden durch manuelle Segmentierung und Mittelung einer groÿen

Anzahl von Probanden erstellt und sind Teil von SPM99 [Ashb97a,Wrig95a].

Die Segmentierungsroutine erstellt drei 3D-Datensätze mit

Wahrscheinlichkeits-bildernfürGM,WMundCSF,diediegleicheAuösunghabenwieder

ursprüng-liche 3D-Datensatz und für dieweiteren Berechnungen verwendet werden.

In einem zweiten Schritt werden die 3D-Bilddaten mit dem MRSI-Daten

ko-registriert. Dies geschieht ebenfalls mit Hilfe einer modizierten Routine von

SPM99, die die hochaufgelösten 3D-Bilder mit den Lokalisierungsschichten, die

parallelzumSpektroskopie-Datensatzliegenkoregistriert. Dieane

Transforma-tionsmatrix,diedie3D-DatenindenRaumderLokalisierungschichtenüberführt,

wird dann auf jedes der segmentiertenWahrscheinlichkeitsbilderangewandt, die

beider MR-Untersuchung erhalten wurden.

Um die räumliche Lage der MRSI-Daten in den Lokalisierungsbildern zu

be-stimmen, werden die Position, Auösung und Schichtführung sowohl der

Loka-GM: 7.03 % WM: 88.87 % CSF: 4.09 %

B

A C

D

E

Abb.3.16: Koregistrierung der verschiedenen Datensätze und Ergebnisse der

Segmen-tierungskorrektur. A: Die Lokalisierungsschicht parallel zur Mitte der

Spektroskopie-Schicht. DasMRSI-Gitter und dasVOI einerPRESS-Sequenz

sind überlagert. B: Die zur Lokalisierungsschicht korrespondierendeSchicht

durch den koregistrierten hochaufgelösten3D-MRI-Datensatz. Zur

Überprü-fung der Koregistrierung ist ein Konturplot von A überlagert. C:Sagittaler

Schnitt durch den 3D-MRI-Datensatz. Die Position des VOI und der

Loka-lisierungsschicht sind eingezeichnet. D: Die zu B korrespondierend Schicht

durchdiesegmentierten3D-Datensätze. E:Intensitätsbilderder

Gewebeantei-le(GM, WM,CSF)derMRSI-Voxelnach KorrekturderDatenbezüglich der

VOI-Fehllokalisation durch chemische Verschiebung (2,02 ppm, NAA) sowie

derHF-PulsproleundPSF.

lisierungsbilder, als auch der MRSI-Daten aus den Rohdaten gelesen und

a-ne 44-Transformationsmatrizen erstellt. Eine weitere Matrix wird aus den im

Spektroskopie-Rohdatensatz enthaltenen Informationen über das angeregte

Vo-lumen (Volume Of Interest, VOI) beivolumenselektiven PRESS- oder

STEAM-Sequenzen (Kap. 3.4) erstellt.

Dadurch liegt ein Satz von Transformationsmatrizen vor, durch den Punkte im

VOIdes Spektroskopie-Datensatzesindensegmentiertenundkoregistrierten

3D-Daten dargestellt werden können und umgekehrt. Abb. 3.16 A-D zeigt die

Ko-registrierungder verschiedenen Datensätze.

Bevor dieGewebeanteile der MRSI-Voxel bestimmtwerden können, müssen

ver-schiedene Korrekturen anden segmentierten Daten durchgeführt werden:

Für 2D-MRSI Messungen muss in Abhängigkeit der chemischen Verschiebung

der gemessenen Metaboliten dieFehllokalisationder Schicht bzw. dem VOI (bei

PRESS-oder STEAM-Sequenzen) korrigiertwerden. DazuwerdendieMatrizen,

diediePosition desVOIund derMRSI-Schicht denieren,entsprechend der

che-mischen Verschiebung desbetrachtetenMetabolitenkorrigiert. DieWerte fürdie

Verschiebung hängen von den verwendeten Gradienten abund sind in Einheiten

von mm/ppmimSpektroskopie-Rohdatensatz enthalten.

Dabeischicht-und volumenselektivenMRSI-Sequenzen dieIntensitätsverteilung

imangeregten Volumenin der Regel kein perfektes rechteck-förmiges Prol hat,

wurden die Pulsprole der verwendeten Sequenzen gemessen. Hierzu wurde ein

Bildgebungssequenz geschrieben, die die selektiven Pulse einer

volumenselekti-ven MRSI-Sequenz mit dem hochauösenden Akquisitionsschema einer

Bildge-bungssequenz verbindet. Die Anregung des VOI bzw. das Schichtprol (bei

2D-Sequenzen ohne Volumenselektion) wurden in einem Wasserphantom mit einer

Auösungvon1mm 2

gemessenundProledurchdasZentrumdesVOIextrahiert

(Abb. 3.17 A-C).

DiegemessenenPulsprolewerdenjeweilsandietatsächlicheGröÿeundPosition

des VOI bzw. der Schicht im gemessenen Datensatz angepasst. Zur Korrektur

desPulsprolsinSchichtselektionsrichtungwerdenübereinenBereichvon40mm

senkrecht zur Spektroskopie-Schicht in Abständen von 1 mm Schichten aus den

-100 -50 0 50 100 90° pulse [mm]

C

-100 -50 0 50 100

180° pulse [mm]

B

-50 -30 -10 10 30 50

Im Dokument Ch Cr (Seite 94-101)