Dynamic susceptibility contrast MRI calibrated using T1-based steadystate CBV and vascular space occupancy (VASO) Comparison with model-free arterial spin labelling

Abstract

IntroductionThe perfusion-related parameters cerebral blood flow (CBF) and cerebral blood volume (CBV) can be measured using dynamic susceptibility-contrast magnetic resonance imaging (DSC-MRI). However, absolute values of CBF and CBV are often overestimated and quantification of these parameters is challenging. By acquiring an independent absolute CBV estimate, a calibration factor can be obtained by comparing these values with CBV values estimated with DSC-MRI. This calibration factor is theoretically applicable both to CBV and CBF obtained from the same DSC-MRI measurement. In this study, DSC-MRI-based CBV and CBF were calibrated using steady-state T1-based CBV (called Bookend) and vascular space occupancy (VASO) techniques, and calibrated CBF values were compared with CBF values obtained by arterial spin labelling (ASL) MRI.Material and MethodsFifteen subjects were investigated using 3T MRI (Philips Achieva). For estimation of absolute CBV values, T1 measurements (for the Bookend technique) and VASO experiments were performed before and after a DSC-MRI experiment with administration of 0.1 mmol/kg b.w. contrast agent. Arterial spin labelling (ASL) was performed before the other measurements. The calibration factors were obtained by comparing CBV values from Bookend and VASO with DSC-MRI CBV values in the same region. Calibration factors were estimated from both white and grey matter regions and both CBV and CBF maps from DSC-MRI were calibrated using the retrieved calibration factors. Grey-matter CBF values in calibrated DSC-MRI images were compared to the corresponding values from ASL.ResultsThe mean value of CBF in grey matter obtained by DSC-MRI was 313 ml/(min 100 g) before any calibration. After applying calibration factors from Bookend, the mean value reduced to 33 ml/(min 100 g) and 29 ml/(min 100 g) using calibration factors from grey and white matter, respectively. Calibration factors obtained from VASO resulted in mean values of 42 ml/(min 100 g) and 38 ml/(min 100 g) using calibration factors based on grey and white matter, respectively. These estimates can be compared to the ASL-based mean CBF value of 44 ml/(min 100 g). The correlation between CBF estimates in grey matter obtained by DSC-MRI and ASL was improved when calibration factors from Bookend were used and when grey-matter based calibration factors from VASO were applied.ConclusionBookend and VASO techniques can be used for calibration of CBV and CBF estimates from DSC-MRI. The values obtained after calibration were more reasonable and the correlation with ASL improved for most of the calibration factors used. However, there is a need for further investigation of the methods, including optimization of the

Abstract (Swedish)

Vid folksjukdomar som stroke, cancer och demens kan det kapillära blodflödet (perfusionen) i hjärnan påverkas. Genom att studera blodflödet ökar möjligheten att ställa rätt diagnos och i vissa fall kan även behandlingseffekt bedömas via ändringar i blodflödet Med en metod som kallas "dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging" (DSC-MRI) kan blodflödet mätas med magnetkamera genom att bilder tas under tiden som ett injicerat kontrastmedel passerar hjärnan. En bild över hur blodflödena i hjärnans olika delar förhåller sig till varandra kan skapas. Dock är absolutvärdena på blodflödet ofta överskattade med DSC-MRI. I detta arbete bestäms därför kalibreringsfaktorer med vilka bilden kan multipliceras för att få korrekta absoluta värden.

Blodflödet kan mätas med olika bildgivande tekniker som positronemissionstomografi (PET), "single photon emission computed tomography (SPECT)", datortomografi och magnetkamera. Fördelen med att använda magnetkamera är att denna undersökning inte involverar någon joniserande strålning vilket de övriga teknikerna gör. Joniserande strålning kan orsaka cancer och innebär därför teoretiskt en liten risk för den som undersöks. Vid bildtagning med magnetkamera används magnetfält för att generera bilder vilket inte har visats ge några långsiktiga biologiska effekter.

Den lokala blodvolymen i hjärnan samt den tid det tar för blodet att passera genom vävnaden, den sk. medelpassagetiden, kan ge värdefull information. Med DSC-MRI överskattas blodflödet och blodvolymen men inte medelpassagetiden. I detta arbete bestämdes blodflöde, blodvolym och medelpassagetid med hjälp av DSC-MRI. Blodvolymen bestämdes också med två andra magnetkamerametoder, vilka idealt ska ge korrekta värden på blodvolym men som inte kan mäta blodflöde och medelpassagetid. Blodvolymsvärdena från de här metoderna jämfördes med blodvolym från DSC-MRI, vilket gav kalibreringsfaktorer som blodflöde och blodvolym från DSC-MRI multiplicerades med.

Efter kalibrering blev absolutvärdena rimligare men något lägre än typiska värden från PET, som ofta anses som standardmetod för blodflödesmätning. I studien jämfördes erhållna blodflödesvärden med en magnetkamerametod som kallas "arterial spin labelling (ASL)". Med ASL kan blodflöde mätas utan att kontrastmedel injiceras i kroppen och metoden ger rimligt pålitliga värden på blodflöde men ger ej blodvolym och medelpassagetid. Jämförelsen visade att det fanns ett samband mellan dessa två sätt att mäta blodflöde.

Ytterligare jämförelser med andra metoder för blodflödesmätning behövs, men den här studien visar att det finns hopp om att hitta ett sätt att kalibrera blodflöde och blodvolym från DSC-MRI. Med en något förlängd undersökningstid kan absoluta värden för blodflöde och blodvolym bestämmas. Den här metoden skulle därmed kunna ge läkarna ytterligare information och medge ökad träffsäkerhet vid diagnostik av många sjukdomar.

• author: Lindgren, Emelie
• supervisor: Linda Knutsson; Ronnie Wirestam
• organization: Medical Physics Programme
• year: 2009
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• keywords: MRI
• language: English
• id: 2157073
• date added to LUP: 2011-09-13 11:55:55
• date last changed: 2011-12-06 14:47:16