Validierung von Modellannahmen einer MR-Sauerstoffextraktionsbildgebung mittels einer Phantomstudie

ZusammenfassungEine detaillierte Kenntnis der Sauerstoffversorgung ist aufgrund ihrer großen Bedeutung für die Funktionalität des Gewebes in der Krebsdiagnostik und -therapie von hohem Interesse. Eine Möglichkeit hierüber Informationen zu gewinnen stellt die Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung mit Hilfe des BOLD-Effektes dar. In dieser Arbeit wird ein einfaches Gewebemodell untersucht, das eine Beziehung zwischen gemessenen Relaxationsraten und der Suszeptibilitätsdifferenz Δχ von Gewebe und venösem Blut herstellt und damit indirekt die Berechnung der Sauerstoffextraktionsfraktion ermöglicht.Zur Überprüfung der Validität zur Bestimmung der Sauerstoffversorgung wurden zwei Vorhersagen bzw. Voraussetzungen dieses Modells untersucht: die Abhängigkeit der Ergebnisse von der Kapillarstärke d und von dem relativen Blutvolumen λ. Dazu wurde ein Messphantom entwickelt, mit dem Δχ in Abhängigkeit von d (27 m–238 m) und λ (3%–12%) bestimmt werden konnte. In mit diesem Phantom durchgeführten Messungen zeigt Δχ(λ) modellkonform eine weitgehende Unabhängigkeit vom relativen Volumenanteil der Kapillaren. Für Δχ(d) hingegen ergibt sich abweichend von den Modellannahmen eine deutlich positive Abhängigkeit vom Radius der Kapillaren (Δχ-Bereich: 0,35–0,57 ppm). Unsere Messungen legen den Schluss nahe, dass das Modell aufgrund unzureichender Modellannahmen Defizite in der quantitativen Vorhersage der Gewebeoxygenierung hat.

Oxygen supply is an important parameter for the evaluation of tissue viability and therefore of high interest in cancer diagnosis and therapy. One promising approach to extract relevant information from imaging data is the determination of oxygen saturation by means of the BOLD-effect. Using a simple model of tissue structure allows to evaluate the susceptibility difference between tissue and venous blood, from which the blood oxygen extraction fraction can be derived indirectly.The present study tested the validity of two model assumptions needed for exact quantification: the independence of the results of both capillary diameter d and the relative blood volume λ. For this purpose a phantom was built, which allows the evaluation of susceptibility differences depending on d (27 m–238 m) and λ (3%–12%). In agreement with model assumptions, Δχ(λ) was widely constant and independent of λ. In contradiction to the model, Δχ(d) showed a positive slope (Δχ range: 0.35–0.57 ppm). The present study suggests that the simple model investigated here has shortcomings in the quantification of oxygen extraction due to insufficient model assumptions.