3T MR Fingerprinting von Patienten mit Früharthrose

Unsere Hypothese basiert auf der Annahme, dass MR Fingerprinting (MRF), ein neuer technischer und methodischer Zugang zur MR Bildgebung, mit einer einzigen, schnellen Sequenz in der Abklärung des Arthrose des Kniegelenkes, mehrere konventionelle MR Sequenzen ersetzen kann. Die gleichzeitige Aufnahme von quantitativen T1 und T2 Karten durch MRF kann Infotrmatioen über die frühen Stadien der Arthrose des Kniegelenkes liefern, die bisher nur mit fortgeschrittenen herkömmlichen MR Protokollen möglich waren. In der geplanten Verlaufsstudie sollte eine verbesserte Beurteilung der Arthrose- Entwicklung möglich sein. Um diese Hypthese zu beweisen sind folgende Schritte vorgesehen: 1) Phantomtests der mittels MRF erhaltenen T1 und T2 Karten im Vergleich zu den konventionell erhaltenen T1 und T2 Karten 2) In vivo Anwendung der validierten MRF Sequenz und Protokolloptimierung an 10 Patienten mit Test-Retest Auswertung 3) In vivo Anwendung von MRF an 40 Patienten mit hohem Risiko für Arthrose- Entwicklung (20 nach partieller Meniskektomie, 20 nach Ruptur des vorderen Kreuzbandes) mittels einer hoch reproduzierbaren Verlaufskontrolle mittels automatischer Knorpelsegmentierung und Unterteilung des Kniegelenkes in 21 Subfelder mit Ko-Registrierung der T1 und T2 Karten. Wir erwarten, dass mittels MRF erhaltene T1 und T2 Parameter und daraus synthetisch generierte Kontrastbilder des Kniegelenkes mit einer einzigen MR Sequenz in 5 Minuten eine ähnliche Information bei Patienten mit früher Arthrose des Kniegelenkes gegenüber einem fortgeschrittenen Kniegelenks-MR Protokoll liefert, das ungefähr 40 Minuten dauert.

In diesem Projekt wurde eine fortschrittliche MRT-Technik namens Magnetic Resonance Fingerprinting (MRF) entwickelt und untersucht, um die Bildgebung des Knieknorpels zu verbessern. Der Gelenkknorpel spielt eine zentrale Rolle für die Funktion des Kniegelenks, indem er Bewegungen abfedert und Belastungen verteilt. Schädigungen dieses Gewebes gehören zu den frühesten Anzeichen einer Arthrose, einer weit verbreiteten und belastenden Gelenkerkrankung. Eine frühzeitige Erkennung solcher Veränderungen ist entscheidend, um rechtzeitig behandeln zu können und ein Fortschreiten der Erkrankung zu verhindern. Quantitative MRT-Techniken, insbesondere das sogenannte T2-Mapping, gelten als vielversprechende, nicht-invasive Methode zur Beurteilung der Knorpelgesundheit. Herkömmliche Verfahren sind jedoch zeitaufwändig, da für jeden einzelnen Parameter separate Messungen erforderlich sind - insbesondere bei einer umfassenden Untersuchung des gesamten Kniegelenks stellt dies eine Herausforderung dar. MRF bietet hier einen neuartigen Ansatz: Mit dieser Technik können mehrere Gewebeeigenschaften gleichzeitig und in kurzer Zeit erfasst werden. Um das Potenzial dieser Methode zu untersuchen, wurde ein umfassendes MRT-Protokoll entwickelt, das MRF mit klassischen quantitativen und klinischen Bildgebungsverfahren kombiniert. Die Umsetzung erfolgte in mehreren Phasen. Zunächst wurden sogenannte Phantom-Experimente durchgeführt, um die technische Leistungsfähigkeit der MRF-Sequenz zu testen. Anschließend erfolgten MRT-Untersuchungen an gesunden Proband:innen, gefolgt von einer Test-Retest-Studie, um die Wiederholbarkeit der Messergebnisse zu überprüfen. Zusätzlich wurde eine automatisierte Analysepipeline zur Auswertung des gesamten Knorpelvolumens entwickelt und validiert. In der letzten Projektphase wurden Patient:innen mit fokalen Knorpelschäden rekrutiert, um sowohl das gesamte Knorpelgewebe als auch spezifische Läsionen zu untersuchen. Diese Patient:innen wurden nach einem Jahr erneut untersucht, um zu testen, ob MRF in der Lage ist, langfristige Veränderungen im Knorpelgewebe zu erfassen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass MRF hochpräzise und reproduzierbare T2-Karten des Knieknorpels liefert, die eine detaillierte Beurteilung der regionalen T2-Variabilität innerhalb des Knorpels sowie in Läsionsbereichen ermöglichen. Diese Karten machen frühe Gewebeveränderungen sichtbar, die strukturellen Schäden vorausgehen können - ein entscheidender Schritt hin zur frühzeitigen Diagnose und personalisierten Therapie von Arthrose. Trotz noch bestehender Einschränkungen, etwa in Bezug auf die Auflösung bei komplexen anatomischen Strukturen, stellt MRF eine schnelle, multiparametrische Methode mit großem Potenzial für die klinische muskuloskelettale Bildgebung dar. Dieses Projekt schafft eine solide Grundlage für den weiteren Einsatz und die Entwicklung von MRF in der nicht-invasiven Beurteilung von Gelenkerkrankungen.