2D-SPLASH-Spektroskopie zur Bestimmung des Fett/Wasser-Verhältnisses in der Rotatorenmanschette

Zusammenfassung

Ziel der Arbeit: Der Verfettungsgrad der Rotatorenmanschette ist ein wichtiger prognostischer Faktor bei operativer Rekonstruktion nach Rotatorenmanschettenruptur. Ziel der Arbeit war es deshalb, eine Methode zu entwickeln, die es erlaubt, im klinischen Betrieb an einem MR-Tomographen nicht invasiv mit der erforderlichen hohen räumlichen Auflösung das Fett/Wasser-Verhältnis zu quantifizieren. Methoden: An einem 1,5 T MR-Tomographen wurde eine aus 19 einzelnen komplexwertigen 2D-FLASH-Bildern bestehende SPLASH-Sequenz implementiert. Die Echozeit wurde schrittweise von 5,0 ms auf 50,0 ms erhöht. In einer Gesamtmesszeit von ca. 3 min für die SPLASH-Sequenz wurde in der Schicht eine räumliche Auflösung von 1,17 mm bei einer spektralen Auflösung von 0,33 ppm erreicht. Zur quantitativen Auswertung der Spektren in beliebig geformten Bildausschnitten wurde ein selbstgeschriebenes Rekonstruktionsprogramm in Kombination mit dem Fitprogramm AMARES verwendet. Ergebnisse: Die Phantomstudien zeigen einen linearen Verlauf des gemessenen Konzentrationsverhältnisses über den ganzen Konzentrationsbereich (r = 0,997). Durch die hohe Auflösung und die freie Formbarkeit der Zielregion ist die Bestimmung des Fett/Wasser-Verhältnisses in den einzelnen Schultermuskeln möglich. Schlussfolgerungen: Mit Hilfe der 2D-SPLASH-Methode kann der Fettgehalt in der Rotatorenmanschette nicht nur qualitativ im T₁-gewichteten Bild, sondern erstmals quantitativ mit MR erfasst werden.

Abstract

Aim: The degree of fatty infiltration of the rotator cuff is an important factor for the prognosis of an operative reconstruction afterrotator cuff tear. The aim of this work was to develop a method using a clinical MR scanner that allows the quantification of the fat/water ratio with the necessary spatial resolution. Method: A SPLASH sequence consisting of 19 complex 2D-FLASH images was implemented on a clinical 1.5 T MR scanner. The echo time was gradually increased from 5.0 ms to 50.0 ms. A spatial in plane resolution of 1.17 mm, a spectral resolution of 0.33 ppm and a spectral width of 6.25 ppm were achieved in a total acquisition time of about 3 min. The quantitative evaluation of the spectra in arbitrarily shaped regions of interest (ROIs) was obtained using a home-built reconstruction program and the time domain fit program AMARES. Results: Phantom studies show a linear relation of the concentration determined by SPLASH spectroscopy (r = 0.997). Because of the high spatial resolution and the possibility to evaluate arbitrarily shaped ROIs, the determination of the fat/water ratio in single muscles in the shoulder has been possible. Conclusions: By the use of the 2D-SPLASH sequence the degree of fatty infiltration in the rotator cuff can now be determined quantitatively for the first time.

MR Spektroskopie - MR Pulssequenz - Schulter MR - Muskel MR - Atrophie

MR spectroscopy - MR pulse sequence - Shoulder MR - Muscle MR - Fatty atrophy

Literatur

• 1 Nakagaki K, Ozaki J, Tomita Y, Tamai S. Alterations in the supraspinatus muscle belly with rotator cuff tearing: Evaluation with magnetic resonance imaging.  J Sholder Elbow Surg. 1994;  3 88-93
• 2 Thomazeau H, Rolland Y, Lucas C, Duval J, Langlais F. Atrophy of the supraspinatus belly: Assessment by MRI in 55 patients with rotator cuff pathology.  Acta Orthop Scand. 1996;  67 264-268
• 3 Goutallier D, Bernageau J, Patte D. Assessment of the tropicity of the muscle of the ruptured rotator cuff by CT scan. In: Post M, Morrey BF, Hawkins RJ (eds) Surgery of the shoulder. St Louis; Mosby Year Book 1990: 11-13
• 4 Haase A, Matthaei D. Spectroscopy flash NMR imaging (SPLASH Imaging).  J Magn Reson. 1987;  71 550-553
• 5 Vanhamme L, van den Boogaart A, van Huffel S. Improved method for accurate and efficient quantification of MRS data with use of prior knowledge.  J Magn Reson. 1997;  129 35-43
• 6 Hesse M, Meier H, Zeeh B. Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie. Stuttgart; Thieme 1979: 148
• 7 Williams Duddley H, Flemming I. Spektroskopische Methoden zur Stukturaufklärung. 4. Aufl. Stuttgart; Thieme 1979: 146
• 8 Heiken J P, Lee J K, Dixon W T. Fatty infiltration of the liver: evaluation by proton spectroscopic imaging.  Radiology. 1985;  157 707-710
• 9 Longo R, Ricci C, Masutti F, Vidimari R, Croce L S, Bercich L, Tiribelli C, Dalla-Palma L. Fatty infiltration of the liver. Quantification by 1H localized magnetic resonance spectroscopy and comparison with computed tomography.  Invest Radiol. 1993;  28 297-302
• 10 Zisch R J, Hollenbach H P, Puchner R J, Knoflach P, Artmann W. Magnetresonanztomographie fokaler Leberverfettungen mittels getrennter Fett-Wasser-Darstellung.  Fortschr Röntgenstr. 1993;  159 405-407
• 11 Sepponen R E, Sipponen J T, Tanttu J I. A method for chemical shift imaging: demonstration of bone marrow involvement with proton chemical shift imaging.  J Comput Assist Tomogr. 1984;  8 585-587
• 12 Hidajat N, Hosten N, Sander B, Felix R. Quantifizierung der Signalmodulation des blutbildenden Knochenmarkes in Gradienten-Echo-Sequenzen. Ergebnisse von Untersuchungen am Phantom und an Probanden mit gleichzeitiger Bestimmung der T₂-Relaxationszeit.  Fortschr Röntgenstr. 1995;  162 145-151
• 13 Schick F, Duda S, Laniado M, Jung W I, Claussen C D, Lutz O. Spezielle MR-Methoden bei primären Knochentumoren: I. Chemical-shift-selektive Bildgebung.  Fortschr Röntgenstr. 1993;  159 258-263
• 14 Burdeny D A, Semelka R C, Kelekis N L, Reinhold C, Ascher S M. Small (< 1.5 cm) angiomyolipomas of the kidney: characterization by the combined use of in-phase and fat-attenuated MR techniques.  Magn Reson Imaging. 1997;  15 141-145
• 15 Bottomley P A. Spatial localization in NMR-spectroscopy in vivo.  Prov NY Acad Sci. 1987;  508 333-348
• 16 Frahm J, Merboldt K D, Hänicke W. Localized proton spectroscopy using stimulated echos.  J Magn Reson. 1987;  72 502
• 17 Granot J. Selected volume excitation using stimulated echoes (VEST) - Applications to spatially localized spectroscopy and imaging.  J Magn Reson. 1986;  70 488-492
• 18 Kimmich R, Hoepfel D. Volume selective multipulse spin-echo spectroscopy.  J Magn Reson. 1987;  72 379-384
• 19 Schick F, Eismann B, Jung I, Bongers H, Bunse M, Lutz O. Comparison of localized proton NMR signals of skeletal muscle and fat tissue in vivo: two lipid compartments in muscle tissue.  Magn Reson Med. 1993;  29 158-167
• 20 Boesch C, Slotboom J, Hoppeler H, Kreis R. In vivo determination of intra-myocellular lipids in human muscle by means of localized 1H-MR-spectroscopy.  Magn Reson Med. 1997;  37 484-493
• 21 Maudsley A A, Hilal S K, Perman W H, Simon H E. Spatially resolved high-resolution spectroscopy by 4-dimensional NMR.  J Magn Reson. 1983;  51 147-152
• 22 Dixon W T. Simple proton spectroscopic imaging.  Radiology. 1984;  153 189-194
• 23 Park H W, Cho Z H. High-resolution human in vivo spectroscopic imaging using echotime encoding technique.  Magn Reson Med. 1986;  3 448-453
• 24 Guilfoyle D N, Mansfield P. Chemical-shift imaging.  Magn Reson Med. 1985;  2 479-489
• 25 Guimaraes A R, Baker J R, Jenkins B G, Lee P L, Weisskoff R M, Rosen B R, Gonzalez R G. Echoplanar chemical shift imaging.  Magn Reson Med. 1999;  41 877-882
• 26 Seiderer M, Wagner H, Stabler A, Fink U. Kernspintomographische Diagnostik fokaler Läsionen des roten Knochenmarks. Optimierung der Akquisitionsparameter für GE- und SE-Sequenzen.  Fortschr Röntgenstr. 1994;  160 453-458
• 27 Seiderer M, Staebler A, Wagner H. MRI of bone marrow: opposed-phase gradient-echo sequences with long repetition time.  Eur Radiol. 1999;  9 652-661
• 28 Mansfield P. Spatial mapping of the chemical shift in NMR.  Magn Reson Med. 1984;  1 370-386
• 29 Posse S, DeCarli C, Le-Bihan D. Three-dimensional echo-planar MR spectroscopic imaging at short echo times in the human brain.  Radiol ogy. 1994;  192 733-738
• 30 Posse S, Tedeschi G, Risinger R, Ogg R, Le-Bihan D. High speed ¹H spectroscopic imaging in human brain by echo planar spatial-spectral encoding.  Magn Reson Med. 1995;  33 34-40
• 31 Weis J, Görke U, Kimmich R. Susceptibility, field inhomogeneity, and chemical shift-corrected NMR microscopy: application to the human finger in vivo.  Magn Reson Imaging. 1996;  14 1165-1175