Projektvorstellung 2024

3D PREFUL-MRT für Visualisierung und Quantifizierung der regionalen Lungenfunktion

In den letzten Jahren wurde eine neuartige 2D MRT Methode (PREFUL: Phase-Resolved Functional Lung MRI) zur dynamischen Visualisierung und Quantifizierung der regionalen Lungenventilation und Perfusion ohne Kontrastmittel in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jens Vogel-Claussen im Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie mit Förderung von Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) erfunden, validiert und in klinischen Studien angewendet. PREFUL nutzt bei der Datenverarbeitung nach der MRT Untersuchung die intrinsischen Signalalterationen, die durch die Atmung und den Herzschlag entstehen. Bisher konnte gezeigt werden, dass PREFUL-MRT sensitiv ist, um frühzeitig das Therapieansprechen bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), zystischer Fibrose (CF), Asthma und COVID19 zu beurteilen und frühzeitig chronisches Lungentransplantatversagen zu prognostizieren. Um das gesamte Lungenvolumen lückenlos zu erfassen wurde die 3D MRT-PREFUL Methode entwickelt. Es werden kommerziell verfügbare MRT Sequenzen verwendet, um die Skalierbarkeit der PREFUL Methode zu ermöglichen.

In dieser Validierungsstudie werden die aus der 3D-PREFUL-MRT gewonnenen Ventilationskarten mit einer direkten Ventilationsmessung aus der 129Xe-MRT (Goldstandard) bei Patienten mit COPD und gesunden Probanden verglichen. Diese Studie ist in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ITEM entstanden.

Einunddreißig COPD-Patienten und 12 gesunde Kontrollpersonen unterzogen sich einer frei atmenden 3D-PREFUL-MRT und einer 129Xe-MRT. Für beide MRT-Techniken wurden Ventilationsdefektkarten (VD) erstellt und die entsprechenden Werte für den prozentualen Anteil der Ventilationsdefekte (VDP) berechnet. Alle Parameter beider Techniken wurden anhand des Spearman-Korrelationskoeffizienten (r) verglichen. Die Unterschiede zwischen den VDP-Werten wurden mittels Bland-Altman-Analyse quantifiziert und mit dem Wilcoxon-Signed-Rank-Test geprüft. In einem regionalen Vergleich der VD-Karten wurden die räumliche Überlappung und die Sørensen-Dice-Koeffizienten von gesunden und defekten Gebieten berechnet.

Auf globaler Ebene korrelierten sowohl die statischen (RVent) als auch die aus dynamischen Fluss-Volumen-Kurven (FVL-CM) abgeleiteten 3D-PREFUL-VDP-Werte signifikant mit dem aus der 129Xe-Ventilationsbildgebung abgeleiteten VDP-Wert (alle r > 0,65; alle p < 0,0001). 129Xe VDP war signifikant größer als 3D PREFUL abgeleitete VDPRVent (mittlere Abweichung = 10,5 %, p < 0,001) und VDPFVL-CM (mittlere Abweichung = 11,3 %, p < 0,0001), aber nicht für VDPCombined – eine Kombination aus RVent und FVL-CM (mittlere Abweichung = 1,7 %, p = 0,70). Die regionale Gesamtübereinstimmung der 129Xe- und 3D-PREFUL-VD-Karten lag zwischen 60 % und 63 %.

Die 3D-PREFUL-MRT bei freier Atmung zeigte eine starke Korrelation mit der hyperpolarisierten 129Xe-MRT bei angehaltenem Atem in Bezug auf die VDP-Werte und leichte Unterschiede bei der Erkennung von VDs auf regionaler Ebene. Diese Arbeit ist ein wichtiger Schritt für die klinische Translation von 3D PREFUL MRT.