Doktorarbeit Jan Knopf

„Auswirkung der Suszeptibilitätskorrektur auf die Faserbahnrekonstruktion“
 

In der Hirntumorchirurgie spielt die Lokalisation funktionell relevanter Strukturen während der Operation eine wichtige Rolle, gerade bei hirneigenen Tumoren, die im Gegensatz zu Meningeomen oder Metastasen das umliegende Gewebe infiltrieren und eine klare Abgrenzung erschweren. Aus chirurgischer Sicht gilt die maximal sichere Resektion als positiv prädiktiver Faktor. Mittels präoperativer MRT Bildgebung können bereits im Vorfeld der OP aber auch während der Operation im Rahmen der Neuronavigation wichtige Informationen über die Lokalisation funktionell relevanter Areale und Verbindungen abgeleitet werden.

Für die bildgebende Darstellung der Faserverbindungen wird heute die diffusionsgewichtete MRT-Bildgebung genutzt, die mit Hilfe verschiedener Modelle eine Visualisierung der Faserverbindungen erlaubt. Für eine möglichst präzise Darstellung der Bahnsysteme spielt jedoch nicht nur die Faserbahnrekonstruktion selbst eine Rolle, sondern auch die Qualität der zugrundeliegenden diffusionsgewichteten MRT-Daten. Typischerweise findet man hier aufgrund der Bildgebungstechnik verschiedene Artefakte, insbesondere Suszeptibilitätsartefakte. Suszeptibilitätsartefakte, verursacht durch Magnetfeldinhomogenitäten, können hauptsächlich an Übergängen zwischen Gewebearten unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität gefunden werden. Sie verursachen dort starke nicht-lineare Verzerrungen mit Verschiebung anatomischer Strukturen. Diese Verzeichnungen erschweren eine präzise Abbildung der funktionellen Daten auf die unverzeichneten anatomischen Daten.

Aktuell klinisch eingesetzte Navigationssysteme erlauben bislang keine Korrektur dieser Artefakte. Es gibt mittlerweile jedoch Ansätze, mit Hilfe derer die in Phasenenkodierrichtung auftretenden Suszeptibilitätsartefakte im Nachhinein reduziert werden können. Hierfür ist es nun notwendig die Datenakquisition um eine Messung zu ergänzen, die jeweils mit invertierter Phasenenkodierrichtung die Aufnahmen durchführt. Durch mathematische Korrekturverfahren, können diese beiden Datensätze nun verwendet und gegeneinander verrechnet werden, so dass ein verzerrungsarmes Bild entsteht. Im Rahmen der Doktorarbeit gilt es nun zu klären, ob sich die Suszeptibilitätskorrektur signifikant auf die Faserbahndarstellung der Pyramidenbahn im Vergleich zur konventionellen Verwendung unkorrigierter Bilddaten auswirkt.

Verzeichnete Bilddaten (links), verzeichnete Bilddaten mit invertierter Phasenkodierrichtung (Mitte) und korrigierte verzerrungsarme Bilddaten (rechts)

Effekt der Verzeichniskorrektur auf die Darstellung der motorischen Bahnsysteme (links: unkorrigiert, rechts: korrrigiert), mit signifikantem Unterschied bzgl. der rekonstruierten Bahnvolumina.