Avbildning med magnetkamera/magnetresonans (MR) kan ge information om såväl form och struktur (morfologi) som vävnadsfunktion och fysiologi. Även om MR är en etablerad diagnostisk teknik, så är de funktionella/fysiologiska och kvantitativa metoderna fortfarande i snabb vetenskaplig utveckling. I Lund finns bildgivande MR-system för forskning på människa med magnetiska fältstyrkor på 1.5 tesla (T), 3T och 7T. MR-enheten med 7T fältstyrka har nyligen tagits i drift, och utgör en nationell forskningsresurs. Djurexperimentell MR på 9,4 T finns också tillgänglig.

I samband med ett flertal sjukdomstillstånd är det av relevans att kunna bedöma hur hjärnvävnadens syreextraktion och syreförbrukning fungerar. Eftersom syresatt och icke-syresatt blod har olika magnetiska egenskaper (oxyhemoglobin är diamagnetiskt medan deoxyhemoglobin är paramagetiskt) så kan den s.k. magnetiska susceptibiliten användas för bedömning av det venösa blodets syresättningsnivå, vilket i sin tur ger syreextraktionsfraktionen. Magnetisk susceptibilitet kan kvantifieras med magnetkamera (magnetresonans, MR) via s.k. fasbilder och efterföljande matematiska beräkningar. Övergång från syreextraktion till syreförbrukning (cerebral metabolic rate of oxygen, CMRO2) kräver kvantifiering av cerebral perfusion (cerebralt blodflöde, CBF).

Aktuella metoder för mätning av regionalt viloblodflöde i hjärnan (cerebral perfusion) med MR-teknik bygger antingen på intravenös injektion av ett gadolinium-baserat kontrastmedel (t.ex. dynamic susceptibility contrast MRI, DSC-MRI) eller på magnetisk märkning av arteriellt vatten i blodet i en tillförande artär (arterial spin labelling, ASL). I ASL påverkar det märkta vattnet bildintensiteten (signalen) i hjärnvävnaden i proportion till genomblödningen, varför uppmätt signal kan användas för kvantifiering av perfusion. Implementering av ASL vid ultrahög fältstyrka (7T) har fördelar såsom förlängd T1-relaxationstid och ökat signal-till-brus-förhållande.

I DSC-MRI följer man kontrastmedlets första passage genom hjärnan via en serie snabba MR-bildtagningar (ca 1 bild/sek under 1.5 min). Kontrastmedlet sänker signalen under passagen genom vävnaden, och utifrån denna regionalt varierande bildintensitetspåverkan beräknas kartor över medelpassagetid (MTT), cerebral blodvolym (CBV) och cerebralt blodflöde (CBF) med hjälp av spårämneskinetiska modeller. Vår forskning är inriktad på att utvärdera och utveckla mätmetoder och matematiska algoritmer som behövs för beräkningen av perfusionsrelaterade parametrar.

Kännedom krävs om kontrastmedlets koncentration över tiden i den aktuella vävnaden samt i den tillförande artären (den s.k. arteriella inputfunktionen, AIF), men det är desvärre svårt att kvantifiera kontrastmedelskoncentration med konventionella (s.k. relaxivitetsbaserade) bilddata. MR-kontrastmedel verkar genom sänkning av relaxationstider, och bildintensiteten varierar därmed inte linjärt med koncentrationen av kontrastmedel. Dessutom kan MR-kontrastmedlets känslighet in vivo bero på den lokala kemiska miljön. Det är följaktligen svårt att med konventionella metoder kvantifiera kontrastmedelskoncentration in vivo. En del av detta projekt syftar därför till att utnyttja effekter av kontrastmedlets magnetiska susceptibilitet (i stället för dess relaxationseffekt) för kvantifiering, eftersom koncentrationen är proportionell mot den magnetiska susceptibiliteten. En väg att gå är att utveckla dynamisk QSM, där mätning av signalsänkning ersätts med susceptibilitetsmätning vid varje tidpunkt under kontrastmedelspassagen. En annan tänkbar lösning är att använda QSM för blodvolymsbestämning, efter konstrastmedlets förstapassage, och använda denna blodvolym för kalibrering av konventionella DSC-MRI-data.

I det aktuella projektet utnyttjas följaktligen teoretiska samband mellan MR-signalens fasskift (som uppmätts experimentellt) och den magnetiska susceptibiliteten för (i) bedömning av venös syresättningsnivå och (ii) in vivo-kvantifiering av kontrastmedelskoncentration.

Kliniska tillämpningar finns inom stroke, demens, schizofreni, Parkinsons sjukdom, trauma, neurointervention, multipel scleros (MS), hjärntumörer samt för ökad förståelse av samspelet mellan cirkulationen i hjärta och hjärta, t.ex. vid hjärtsvikt. Ett speciellt viktigt kliniskt område är hjärnskada (vid trauma, ischemi och blödning), där upprätthållandet av blodförsörjning och syretillförsel är av avgörande betydelse för utfallet.