Indirect detection of myelin water by T2-relaxation during the RF pulse

Författare

Yosef Al-Abasse

Summary, in Swedish

Magnetkameran är en icke-invasiv metod som används för att avbilda mjukvävnad i kroppen med hög spatial upplösning. Myelinskidan som omger axonerna i det centrala nervsystemet ger upphov till kontrasten mellan vit och grå substans i konventionella magnetkamerabilder. Det är av intresse att detektera nedbrytningen av myelinskidan eftersom förekomst av sådan kan ge en indikation på tidigare stadier av den neurologiska sjukdomen multipel skleros (MS). Idag finns det utmaningar inom magnetresonansfysiken (MR-fysiken) vid direkt detektering av myelinskidan eftersom signalen från den avtar på några få mikrosekunder. En radiofrekvent (RF) puls används för att flippa ned magnetiseringsvektorn till det transversella planet och därmed generera MR signalen. I konventionell signalbeskrivning antas att RF-pulsen appliceras momentant, och är direkt följd av fri relaxation. MR-signalen som erhållits med en konventionell (d.v.s. kort) RF-puls är inte selektivt känslig för myelin-vatten utan består av signal från både myelin-vatten och intra– och extra cellulärt vatten (IE-vatten). Dessutom är valet av RF-pulsen avgörande, eftersom olika RF-pulser innehar olika egenskaper som potentiellt kan användas för att urskilja de två populationerna. I detta arbete förlängdes RF- pulsen till 10 ms för att kunna separera dessa två populationer genom skillnader i den transversella relaxationen, T2. Myelin-vattnet relaxerar snabbare (T2,myelin vatten ≈ 15 ms) än IE- vatten (T2,IE-vatten ≈ 80 ms). Som en följd av detta kan relaxationseffekterna under den långa RF- pulsen inte försummas, vilket leder till att den klassiska signalekvationen måste modifieras. Effekter från den longitudinella relaxationen försummades eftersom T1 antogs vara mycket längre än RF-pulsen. Som referens användes mätning med kort RF-puls (0,5 ms) i denna studie. För att erhålla robusta mätresultat genererades en skenbar T1-karta med den långa RF-pulsen, och denna jämfördes sedan med motsvarande skenbara T1-karta för den korta RF-pulsen. Den resulterande bilden avslöjade var den största skillnaden mellan de skenbara T1-kartorna fanns, och denna skillnad antogs bero på relaxationseffekter hos myelin-vattnet.

Den ovan beskrivna metoden användes i detta arbete med en Gaussisk puls som testades på tre olika gräddfantom med olika fetthalter (12 %, 27 % och 40 %), på formalinfixerad grishjärna samt i en volontär. Den resulterade differensen i T1,skenbart mellan kort och lång puls visade en observerad effekt på 25 % i vit substans och 10 % i grå substans. Denna effekt var mycket högre än vad simuleringar av Bloch-ekvationerna antydde (d.v.s. 11 %). Magnetiseringsöverföringseffekter (magnetization transfer, MT) från makromolekyler influerade troligen mätningen med den korta RF-pulsen. MT-effekterna blir större ju kortare RF-pulsen blir. Således beror MT-effekterna på pulslängden och detta studerades inte i denna studie. Detta medförde att den stora observerade effekten på differensen i T1,skenbart troligen dominerades av MT. Det krävs därför ytterligare studier, med varierad pulslängd, för att kunna
separera dessa två effekter.

Avdelning/ar