Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Optimierung der Bildqualität bei der MR-Darstellung der Hundenase und des Hundeohres

Wolf, Davina

Recognising and evaluating pathological changes requires knowledge about the imaging of the anatomic-physiological organic structures with the applied imaging techniques. The MRT features a sequence-dependent contrast of the tissue, which results from the selected TE and TR. Hence, the individual sequences must be checked regarding their applicability to present the particular structures. Optimising the different parameters enables detailed imaging of the dog nose and ear. First studies were carried out using phantoms in order to put as few dogs as possible under the stress of general anaesthesia. Thereby, the multi-purpose phantom (SIEMENS), being suitable for evaluating basic quality parameters such as resolution and slice-thickness-dependent SNR, did not enable the required evaluation of susceptibility artefacts. The application of a sponge phantom, simulating the fine nose structures, was also not suitable to replace studies on living dogs in respect of the susceptibility differences. Furthermore, these studies were necessary because of the need to consider artefacts resulting from blood flow. Finally, studies on living dogs to optimise the contrast, oversampling and the spatial resolution could be limited to a small number. The MRI-Scans both of the dog nose and the dog ear were judged by experts, as the fineness of the structures did not allow measurement of objective quality parameters such as the CNR or the SNR. The present study shows that different sequences must be applied for detailed imaging of the dog nose and ear. Due to its low-noise, but detailed and high-contrast imaging the SE-sequence was judged most suitable for the studies on the dog nose. The disadvantage of the long measurement time of 12 min 51 s was not evaluated. As the TSE2000-sequence achieved similarly good results and has a significantly shorter measurement time of 8 min 21 s, this sequence is recommended for the anatomical imaging of the dog nose. Pathological cases were only studied exemplarily due to their small number. Yet, good pathology imaging with high contrast to the surrounding tissue is expected as a result of the high resolution of the optimised sequences. The best rating regarding the imaging of the dog ear was given to the CISS-sequence because of the exceptional high resolution of the slice thickness and the high T2-weighting, leading to a hyper-intense imaging of the cochlea. For a detailed visualisation and evaluation of the inner ear structures, above all the semicircular ducts of the vestibular organ, 3D reconstructions proved to be particularly suitable. To enable an optimal illustration of all planes of the 3D projection, isotropic voxels should be applied by adjusting the effective slice thickness and the pixel size. Detailed imaging was achieved by choosing voxels as small as possible. At the MRT used in this work the CISS-sequence featured a high plane resolution of 0.39 mm x 0.39 mm, though the minimal slice thickness of 0.95 mm led to asymmetrical voxels, which proved to be disadvantageous regarding an optimal 3D reconstruction. The DESS-sequence, rated second best, turned out to be better suited because of the minimal measurement of 0.6 mm in z-dimension and therefore nearly isotropic voxels. Compared with the CISS-sequence the demarcation of the tympanic cavity from the surrounding tissue was judged more appropriate, while the cochlea was indeed depicted significantly lower by the DESS-sequence. Hence, the applied sequence has to be chosen with regard to the structure of interest. In summary, a very good implementation of a detailed and high-contrast imaging of the fine nasal structures was achieved by optimising the sequences. The studies on the dog ear showed good results concerning the tympanic cavity and the cochlea, while only partial or no imaging of the semicircular ducts and ossicles was possible. With the use of more powerful MRT a better resolution and greater signal strength of the tissue structures can be expected. Thereby, a more detailed imaging of the semicircular ducts might be possible. This and whether higher signal strength of the ossicles is sufficient for their imaging has to be investigated in further studies. Pathological results differ in MRT imaging due to the specific T1- and T2-times. Therefore, the application of optimised sequences for clinical diagnosis requires further systematic studies on different pathology cases to optimise the tissue contrast.

Um pathologische Veränderungen erkennen und beurteilen zu können, muss die Darstellung der anatomisch-physiologischen Organstrukturen durch die jeweiligen bildgebenden Verfahren bekannt sein. Die MRT besitzt die Besonderheit eines sequenzabhängigen Kontrastes der Gewebe, der sich durch die jeweilige TE und TR ergibt. Daher müssen die einzelnen Sequenzen auf eine Anwendbarkeit zur Darstellung der entsprechenden Strukturen hin überprüft werden. Durch die Optimierung der einzelnen Parameter soll eine detailreiche Darstellung der Hundenase und des –ohres ermöglicht werden. Die ersten Untersuchungen wurden mit Hilfe von Phantomen durchgeführt, um möglichst wenig Hunde durch eine Vollnarkose zu belasten. Dabei eignete sich das Multipurpose Phantom (SIEMENS) zur Beurteilung grundsätzlicher Bildqualitätsparameter wie dem von der Auflösung und der Schichtdicke abhängigen SNR, jedoch nicht zur Bewertung von Suszeptibilitätsartefakten. Auch der Einsatz eines Schwammphantoms, welches die feinen Conchen und Turbinalien simulierte, konnte Untersuchungen an lebenden Hunden hinsichtlich der Suszeptibilitätsunterschiede nicht ersetzen. Außerdem waren Untersuchungen an lebenden Hunden notwendig, da bei frisch toten Hunden die durch den Blutfluss bedingten Flussartefakte nicht auftraten. Abschließend konnten anhand einer geringen Anzahl lebender Hunde der Kontrast, das Oversampling und die Ortsauflösung optimiert werden. Sowohl die Aufnahmen der Hundenase als auch die des Hundeohres wurden durch Gutachter bewertet, da die Feinheiten der untersuchten Strukturen keine Messung objektiver Bildqualitätsparameter wie das CNR und das SNR zuließen. In dieser Studie zeigte sich, dass zur Darstellung der Hundenase und des –ohres unterschiedliche Sequenzen verwendet werden müssen. Aufgrund ihrer rauscharmen, detail- und kontrastreichen Darstellung erhielt die SE-Sequenz die beste Bewertung im Rahmen der Untersuchungen der Hundenase. Von Nachteil war die lange Messzeit von 12 min 51 s, die nicht in die Bewertung eingegangen ist. Da die TSE2000-Sequenz ähnlich gute Bewertungen erhalten hat und zudem eine wesentlich kürzere Messzeit von 8 min 21 s erfordert, ist die TSE2000-Sequenz für die anatomische Darstellung der Hundenase zu empfehlen. Pathologische Fälle wurden aufgrund ihrer geringen Anzahl nur exemplarisch untersucht. Die hohe Ortsauflösung der Sequenzen lässt eine gute Darstellung der Pathologien bei entsprechend gutem Kontrast zum umliegenden Gewebe erwarten. Die beste Bewertung für die Darstellung des Hundeohres erhielt die CISS-Sequenz aufgrund der besonders hohen Ortsauflösung in Schichtebene und der starken T2-Wichtung, woraus eine hyperintense Darstellung der Cochlea resultiert. Für die detailreiche Darstellung und Beurteilung der Innenohrstrukturen, vor allem der Bogengänge des Vestibularorgans, zeigten sich 3D-Rekonstruktionen als besonders geeignet. Um eine optimale Darstellung in allen Ebenen der 3D-Projektion zu erreichen, sollten durch entsprechende Wahl der effektiven Schichtdicke und der Pixelgröße isotrope Voxel verwendet werden. Eine detailreiche Darstellung wurde durch die Wahl möglichst kleiner Voxel ermöglicht. Die CISS-Sequenz ließ am hier verwendeten MRT eine hohe Auflösung von 0,39 mm × 0,39 mm in Schichtebene zu, jedoch führte die minimale Schichtdicke von 0,95 mm zu asymmetrischen Voxeln, die sich nachteilig hinsichtlich einer optimalen 3D-Rekonstruktion erwiesen. Besser geeignet zeigte sich die auf Rang zwei gelegene DESS-Sequenz aufgrund ihrer minimalen Abmessung von 0,6 mm in z-Richtung und damit annähernd isotropen Voxeln. Die Abgrenzung der Paukenhöhle vom umliegenden Gewebe wurde besser beurteilt als bei der CISS-Sequenz. Allerdings stellte die DESS-Sequenz die Cochlea deutlich kontrastärmer dar. Aus diesen Gründen sollte die Sequenzauswahl in Hinsicht auf die darzustellende Struktur erfolgen. Zusammenfassend ergibt sich, dass die detail- und kontrastreiche Darstellung der feinen Nasenstrukturen durch die Optimierung der Sequenzen sehr gut umgesetzt werden konnte. Die Untersuchungen am Ohr zeigten gute Erfolge in der Darstellung der Paukenhöhle und der Cochlea. Dagegen konnten die Bogengänge und die Gehörknöchelchen nur teilweise bzw. nicht dargestellt werden. Durch die Verwendung eines leistungsstärkeren MRTs (z. B. 1,5 T oder 3 T) ist eine bessere Ortsauflösung sowie eine höhere Signalstärke der Gewebestrukturen zu erwarten. Dadurch ist voraussichtlich eine detailreichere Darstellung der Bogengänge möglich, was jedoch durch weiterführende Untersuchungen zu belegen ist. Inwieweit die Signalstärke der Gehörknöchelchen für eine Darstellung ausreicht, ist ebenfalls näher zu untersuchen. Jede Pathologie stellt sich aufgrund der spezifischen T1- und T2-Zeiten unterschiedlich im MRT dar. Um die optimierten Sequenzen in der klinischen Diagnostik einsetzen zu können, sind systematische Untersuchungen zur Gewebekontrastoptimierung an pathologischen Fällen notwendig.

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Wolf, Davina: Optimierung der Bildqualität bei der MR-Darstellung der Hundenase und des Hundeohres. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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