Ein kapillarbasiertes Phantom zur Simulation der Gehirnperfusion mit der Magnet-Resonanz-Tomografie

Zusammenfassung

Ziel: Zur Bestimmung der Gehirnperfusion mithilfe der MRT werden Software-Systeme als Werkzeuge zur Auswertung genutzt. Die Validierung dieser Systeme erfolgte hierbei bestenfalls auf Patientenkollektiven. Diese Arbeit stellt ein kapillarbasiertes Perfusionsphantom für die MRT vor mit dessen Hilfe die Software Siemens Perfusion (MR) auf seine Exaktheit hin geprüft werden konnte. Material und Methoden: Das Perfusionsphantom besitzt gewebeähnliche Perfusionseigenschaften und erlaubt die Angabe eines Goldstandard-Flusses im Kapillarbett. Dieses Phantom wurde mit verschiedenen Messungen validiert. Auf Grundlage dieses Phantoms wurden Perfusionsmessungen durchgeführt und mit der Standard-Software (Siemens Perfusion MR) untersucht und ausgewertet. Die Auswertung resultiert in der Bestimmung des zerebralen Blutflusses (CBF). Die 726 mit der Software bestimmten CBF-Werte können mit dem Goldstandard verglichen werden. Ergebnisse: Der Vergleich erlaubt die Angabe der mittleren Abweichung der Software-Ergebnisse zum Goldstandard bei verschiedenen Flussgeschwindigkeiten. Es hat sich herausgestellt, dass die Abweichung der CBF zum Goldstandard je nach Flussgeschwindigkeit im Mittel bei 1 – 31 % liegt. Schlussfolgerung: Diese Arbeit zeigt ein einfaches, aber verlässliches Perfusionsphantom zur Validierung verschiedener singulärer Faktoren der Messung und Auswertung der Gewebeperfusion. Die hiermit geprüfte Software zeigt eine signifikante (p-Wert < 0,001) Abweichung gegenüber dem Goldstandard. Im Mittel ist der gemessene zerebrale Fluss 11,4 % höher als die tatsächliche Goldstandard-CBF. Die Zuverlässigkeit der Software konnte somit belegt und ihr Fehler hinreichend genau abgeschätzt werden.

Abstract

Purpose: The measurement of the CBF is a non-standardized procedure and there are no reliable gold standards. This abstract shows a capillary-based perfusion-phantom for CE-DSC-MRI. It has equivalent flow properties to those within the tissue capillary system of the human brain and allows the validation of the Siemens Perfusion (MR) software. Materials and Methods: The perfusion phantom consists of a dialyzer for the simulation of the capillary system, a feeding tube for simulation of the AIF and a pulsatile pump for simulation of the heart. Using this perfusion phantom, the exact determination of the gold standard CBF due to the well-known geometry of the phantom is easy. It was validated based on different perfusion measurements. These measurements were investigated with standard software (Siemens Perfusion MR). The software determined the CBF within the capillary system. Based on this CBF, a comparison to the gold standard was made with several different flow speeds. After AIF selection, a total of 726 CBF data points were automatically extracted by the software. Results: This results in a comparison of the gold standard CBF to these 726 CBF values. Therefore, a reproducible and reliable deviation estimation between gold standard CBF and measured CBF using the software was computed. It can be shown that the deviation between gold standard and software-based evaluation ranges between 1 and 31 %. Conclusion: There is no significance for any correlation between flow speed and amount of deviation. The mean measured CBF is 11.4 % higher than the gold standard CBF (p-value < 0.001). Using this kind of perfusion-phantom, the validation of different software systems allows reliable conclusions about their quality.

Key words

MR imaging - brain - CBF - phantom - simulation - gold standard

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