Variation der CPMG Inter-Echo-Zeit und Quantifizierung von Kapillardurchmesser in Muskelgewebe

Zielsetzung:

Quantifizierung von Mikrostrukturparametern wie Kapillarradius und nuklearer Spin-Diffusion in Muskelgewebe mit Multi-Spin-Echo Carr-Purcell Meiboom-Gill (CPMG) Sequenzen.

Material und Methodik:

Suszeptibilitätsdifferenzen zwischen Kapillaren und umgebendem Gewebe sind v.a. bedingt durch paramagnetisches Deoxyhämoglobin. Kapillare Netzwerke in Skelettmuskelgewebe werden mit dem Krogh'schen Kapillarmodell auf eine Einheitskapillare in einem Dephasierungszylinder reduziert und die CPMG Relaxationsrate wird in einer “weak field” Näherung mithilfe einer spektralen Zerlegung der Spin-Spin-Korrelationsfunktion analytisch bestimmt. Man erhält einen Ausdruck für die Relaxationsrate in Abhängigkeit von Kapillarradius, lokaler Spin-Diffusionskonstante, Magnetfeldstärke, Suszeptibilitätsdifferenz der lokalen Magnetfeldinhomogenität, lokaler Blutvolumenkonzentration und Spektralparametern.

Ergebnisse:

Der analytische Ausdruck für die Relaxationsrate wird im Abgleich mit experimentellen Daten an diese angepasst und für eine Diffusion von 2µm2/ms erhält man den Wert 0,92 µm für den Kapillarradius in exzidiertem Muskelgewebe einer Sprague-Dawley Ratte, sowie Werte für die intrinsische Relaxationsrate (19,67 1/s) und Spin-Spin-Korrelationszeit (421,58µs), die jeweils nahe der entsprechenden Werte in der sogenannten Luz-Meiboom-Näherung liegen (respektive 21,07 1/s und 470µs).

Schlussfolgerungen:

Das Modell eignet sich für die Quantifizierung von Mikrostrukturparametern in kapillären Netzwerken und kann zur Untersuchung von Mikrozirkulationsstörungen bei z.B. Skelettmuskeldenervierung dienen. Die geringe Abweichung des Kapillarradius von Werten aus der Literatur (˜1,5 – 2,5 µm) lässt sich mit nach Exzision bedingtem Blutverlust im Muskel, weiter dort erhöhter Gefäßwandpermeabilität und daher perikapillärer Gewebeschwellung sowie zerplatzten Erythrozyten erklären.

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