Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Liza K. Ahrend

 

Untersuchungen zur Anwendung der Magnetresonanzspektroskopie mit einem 3 Tesla MRT Philips Achieva 3.0T zur Messung verschiedener Metaboliten im Rückenmark des Hundes in vivo

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-102669

title (engl.)

Evaluation of magnetic resonance spectroscopy techniques using a 3 Tesla MRI Philips Achieva 3.0T-scanner to measure different metabolites in the canine spinal cord in vivo

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/ahrendl_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) im Rückenmark wird sowohl in der Human-, als auch in der Tiermedizin selten genutzt. Bei verschiedenen Erkrankungen des Gehirns ist die MRS jedoch eine etablierte Methode, um die der Erkrankung zugrundeliegende Pathologie, neben der routinemäßigen Bildgebung durch eine Kernspintomographie (MRT), zu untersuchen und diese zu unterstützen. Die Nutzung im Rückenmark wird durch Magnetfeldinhomogenitäten, durch den das Rückenmark umgebenden Knochen, den kleinen Durchmesser des Rückenmarkes, Bewegungsartefakte, die Liquorpulsation im Zentralkanal und die Kontamination des Voxels durch das umgebende Gewebe, eingeschränkt. Trotzdem ist die MRS in der Lage, pathologische Veränderungen, die eventuell in der MRT nicht sichtbar sind, aufzudecken.

Um die Hypothese zu bestätigen, dass auch beim Hund Metabolitenmessungen mit Hilfe der MRS im Bereich des Rückenmarkes möglich sind, wurden 47 Hunde, die eine eindeutige Indikation für eine MRT-Untersuchung hatten, in Allgemein­anästhesie mit einem 3 Tesla Philips Achieva MRI-Scanner untersucht. Nach einer routinemäßigen MRT-Untersuchung, die zur Aufdeckung von strukturellen Veränderungen und zur gesicherten Platzierung des Voxels dienen sollte, wurde für die spektroskopische Untersuchung im unveränderten Gewebe eine PRESS-Sequenz verwendet. Die Hunde wurden, unabhängig von Alter, Geschlecht, zugrundeliegender Erkrankung und Gewicht, in zwei Gruppen aufgeteilt. Bei dreiundzwanzig Hunden wurde das Voxel im Gehirn platziert, während die anderen 24 Hunde eine Untersuchung des Rückenmarkes hatten. Jeder Hund hatte nur eine spektroskopische Untersuchung in einer der beiden Lokalisationen. Zusätzlich wurden zwei verschiedene Voxelgrößen verwendet, um ihre Aussagekraft zu evaluieren. Voxelgrößen, die weniger als 1ml Inhalt hatten, wurden als kleine Voxel bezeichnet, hatten sie mehr als 1ml Gewebsinhalt, wurden sie als große Voxel definiert. Um die evaluierten Daten vergleichen zu können, wurde dieselbe Sequenz verwendet, um bekannte Metabolitenkonzentrationen in einem Rundkolben Phantom, gefüllt mit einer Lösung, die ungefähr den Metaboliten des Gehirngewebes entspricht, zu messen.

Die Analyse der evaluierten Daten wurde an einer separaten Arbeitseinheit, SpectroView, durchgeführt. In gut aufgelösten Spektren waren die Peaks von N-acetyl-aspartat, Cholin, Kreatin, Laktat, Myo-Inositol und Glutamin und Glutamat mit beiden Voxelgrößen zu erkennen. Jeder Metabolit zeigt mit einer Erhöhung oder Erniedrigung seiner Konzentration verschiedene pathologische Veränderungen an. Kleine Voxel zeigten ein verstärktes Auftreten an unsicher beurteilbaren Werten durch ein vermindertes Signal-Rausch-Verhältnis, die durch die oben genannten Einschränkungen auftraten und eine geringe spektrale Auflösung zur Folge hatten. Eine Vergrößerung des Voxel war nur in der „head-to-feet“ Richtung möglich, führte zu einer verminderten Aussagekraft bezüglich kleiner fokaler Läsionen, zeigte jedoch eine Zunahme an gesicherten Werten. Die Metabolitenkonzentrationen waren in der vorliegenden Studie beim Hund im Rückenmark höher als im Gehirn, wie es auch aus der Literatur bei anderen Spezies bekannt ist. In vorliegender Studie konnte eine Voxelgröße bestimmt werden, die sicher beurteilbare Werte erzeugt. Die Einstellungen können für weiterführende Studien verwendet werden, vor allem um die Prognose bei Hunden mit Rückenmarkstrauma in Zukunft besser einschätzen zu können.

 

abstract (englisch)

Magnetic resonance spectroscopy (MRS) measurement in the spinal cord is rarely used in human, as well as in veterinary medicine. For several brain disorders, MRS is an established method to investigate the underlying pathology in addition to routine magnetic resonance imaging (MRI) examinations. However, the use of MRS in spinal cord diseases is restricted due to magnetic field inhomogeneities induced by the encompassing bone, the small diameter of the spinal cord, movement artifacts, cerebrospinal fluid (CSF) pulsation within the central canal and contamination of the voxel by the surrounding tissue. Despite these limitations, MRS is able to reveal pathological changes invisible in conventional magnetic resonance imaging.

To prove the hypothesis that measurement of metabolites in the canine spinal cord is feasible with MRS, 47 dogs undergoing routine magnetic resonance imaging examination, were examined under general anesthesia in a 3 Tesla Philips Achieva MRI-scanner. After routine MRI diagnostic to find structural abnormalities and to place a voxel carefully, a PRESS-sequence was used for spectroscopic measurements in normally appearing tissue. The dogs were divided into two groups, independent of age, gender, underlying disease and weight. In 23 dogs the voxel was placed in the brain and in the other 24 animals in the spinal cord. Every dog had only one spectroscopic examination in one of the two localizations. Additionally, 2 different voxel sizes were used and compared. Voxel sizes containing less than 1ml tissue were defined as small voxel and containing more than one milliliter as large voxel. To compare the evaluated data, the same sequences were used to measure well known metabolite concentrations in a round bottom flask phantom filled with a nearly physiological solution of brain metabolites.

The analysis of the evaluated data was performed with an extended workspace, SpectroView. In well resolved spectra the peaks of N-acetyl-aspartate, choline, creatine, lactate, myo-inositol as well as glutamine and glutamate were measurable using both voxel sizes. Each metabolite represents different pathological changes depending on their increased or decreased values. Small voxel showed an increased amount of unreliable measurements due to decreased signal to noise ratio (SNR) resulting in low spectral resolution. Enlargement of the voxel size in the spinal cord, which was only possible in the head-to-feet direction, led to loss of presentability of small focal lesions but permitted a verified assignment of metabolites. Additionally, the metabolite concentrations were evaluated for all metabolites and showed higher values in the spinal cord than in the brain, which is consistent with the literature in other species. The evaluation of the voxel size that is able to require reliable values of metabolite concentrations in the canine spinal cord is essential for future studies to investigate prognostic aspects in spinal cord trauma in the dog.

 

keywords

Magnetresonanzspektrskopie, Rückenmark, Hunde; Magnet resonance spectroscopy, spinal cord, dogs

kb

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