MRI Perfusion Measurements using Magnetic Susceptibility Effects: Calibration Approaches and Contrast Agent Quantification

Perfusion eller genomblödning är termer som används för att beskriva blodflödet i kroppens allra minsta kärl. Information om perfusion kan vara av stor betydelse för att ställa diagnos vid vissa sjukdomar, eftersom blodet transporterar det syre och den näring som behövs för att upprättahålla vävnadens funktion i kroppen. Ett viktigt exempel där information om perfusion kan vara till nytta för att ställa rätt diagnos är stroke, där perfusionsmätningar kan berätta om en behandling kan vara till nytta för patienten eller om behandlingen i huvudsak kommer att innebära en omotiverad risk i form av biverkningar. Andra exempel där perfusionsmätningar kan användas är i samband med cancersjukdomar, då tumörens aggressivitet kan bedömas med hjälp av perfusionsrelaterad information. Det finns också hopp om att kunskap om blodflödet i tumören, i kombination med annan bildinformation, kan ge information om behandlingseffektivitet redan i ett tidigt skede.

Den här doktorsavhandlingen beskriver hur man kan ta fram bilder över hjärnan som i varje bildelement (pixel) visar hur högt blodflödet är i hjärnvävnaden. Det finns flera bildgivande tekniker som kan generera sådana bilder, men i vårt fall har magnetkameraundersökningar utnyttjats. Fördelen med denna modalitet är att patienten slipper utsättas för joniserande strålning, och detta är en fördel framför allt vid undersökning av barn samt för vuxna som förväntas genomgå många undersökningar. De studier som den här avhandlingen beskriver har fokuserat på en metod som kallas dynamic susceptiblity contrast magnetic resonance imaging (DSC-MRI). Den här metoden är robust och ger bilder av visuellt god kvalitet, men
de värden på blodflödet som visas i bilden är ofta högre än de sanna värdena. Detta kan bero på flera olika svårigheter i samband med mätning och beräkning, men ett av de viktigaste problemen är att det är svårt att mäta koncentrationen av kontrastmedel inuti kroppen med hjälp av magnetkamera.

Syftet med det här avhandlingsarbetet har varit att studera och utveckla metoder som gör det möjligt att förbättra bestämningen av kontrastmedelskoncentration samt att korrigera för de fel som uppstår då koncentrationen har felbedömts. Det har visat sig vara möjligt att få fram perfusionsvärden som förefaller trovärdiga om man jämför med resultat från andra bildgivande metoder. I flera av studierna har precisionen i resultaten bedömts genom att man upprepat experimentet på samma person och noterat skillnaden i mätresultat mellan två likvärdiga mätningar. Detta är en viktig aspekt för att bedöma om metoden kan användas kliniskt för patienter. Vissa av metoderna har uppvisat liknande resultat vid de båda mätningarna medan andra har resulterat i en större variation mellan de två
mättillfällena.

Ett intressant sätt att bedöma koncentrationen av kontrastmedel är att studera hur kontrastmedlet påverkar den magnetiska susceptibiliteten. Denna storhet utgör ett mått på graden av magnetisering av ett objekt då det placeras i ett yttre magnetfält. Vävnad har generellt sett låg susceptibilitet och påverkas alltså inte i så stor utsträckning av magnetfältet i magnetkameran medan kontrastmedlet påverkas mer. Att mäta den magnetiska susceptibiliteten för att kvantifiera koncentrationen av kontrastmedlet i vävnaden är en relativt ny metod som har utvecklats och utvärderats i de aktuella avhandlingsprojekten. Metoden verkar lovande i det avseendet att den gett rimliga koncentrationsnivåer i vävnaden, vilket i sin tur har medfört att våra uppskattningar av blodvolymen har varit i linje med vad man kan förvänta sig. Avhandlingsarbetena pekar dock också på att den metod som används för att bestämma den magnetiska susceptibiliteten behöver utvecklas för att metoden ska bli robust och pålitlig.