Measurement of basic quantitative magnetic resonance (MR) parameters (e.g., relaxation times T1, T2*, T2 or respective rates R (1/T)) corrected for radiofrequency (RF) coil bias yields different conventional and new tissue contrasts as well as volumes for tissue segmentation. This approach also provides quantitative measures of microstructural and functional tissue changes. We herein demonstrate some prospects of quantitative MR imaging in neurological diagnostics and science.

Objective To investigate the response in R2* relaxation rate of human intracranial tumours during hyperoxic and hypercapnic respiratory challenges. Methods In seven patients with different intracranial tumours, cerebral R2* changes during carbogen and CO 2 /air inhalation were monitored at 3 T using a dynamic multigradient-echo sequence of high temporal and spatial resolution. The R2* time series of each voxel was tested for significant change. Regions of interest were analysed with respect to response amplitude and velocity. Results The tumours showed heterogeneous R2* responses with large interindividual variability. In the ‘contrast-enhancing’ area of five patients and in the ‘non-tumoral’ tissue most voxels showed a decrease in R2* for carbogen. For the ‘contrast-enhancing’ area of two patients hardly any responses were found. In areas of ‘necrosis’ and perifocal ‘oedema’ typically voxels with R2* increase and no response were found for both gases. For tissue responding to CO 2 /air, the R2* changes were of the same order of magnitude as those for carbogen. The response kinetic was generally attenuated in tumoral tissue. Conclusion The spatially resolved determination of R2* changes reveals the individual heterogeneous response characteristic of intracranial human tumours during hyperoxic and hypercapnic respiratory challenges.

S. Remmele, A. Müller, F. Träber, I. Wenningmann, M. von Lehe, J. Gieseke, S. Flacke, W. A. Willinek, H. H. Schild, J. Keupp, and P. Mürtz Philips Research Laboratories, Hamburg, Germany, Department of Radiology, University of Bonn, Bonn, Germany, Department of Anesthesiology, University of Bonn, Bonn, Germany, Department of Neurosurgery, University of Bonn, Bonn, Germany, Philips Healthcare, Best, Netherlands, Department of Radiology, Lahey Clinic, Tufts University Medical School, MA, United States

Purpose: To measure and quantify changes of the R2* relaxation rate in human intracranial tumors during inhalation of carbogen and CO2/air at 3.0 Tesla.

Purpose: To measure and quantify changes of R2* relaxation rates in the brain during breathing of Carbogen and CO2/air and to demonstrate clinical application of the proposed method.

Ziele: Etablierung eines Verfahrens zur Messung und Quantifizierung der MR-Signalantwort zerebraler Tumoren auf Hyperoxie und Hyperkapnie zur Untersuchung von Oxygenierung und Vasoreaktivität. Methode: 5 Patienten (31 bis 65 Jahre) mit hirneigenen Tumoren (n=3) oder Metastasen (n=2) wurden an einem 3T-MR-Tomographen untersucht. Während der Akquisition einer dynamischen Multi-Gradienten-Echo-Sequenz (Dauer 7min, 198 Dynamische mit je 12 Echos, TE/TR=4–83/97ms, alpha=25°, EPI-Faktor 5, Voxelgröße 1,8×1,8×5mm, 1 transversale Schicht) wurde im Wechsel mit Raumluft 4 Minuten lang Carbogen (95% O2, 5% CO2) bzw. CO2-angereicherte Luft (5% CO2, 25% O2, 70% N2) geatmet. Die R2*-Änderungen wurden im zeitlichen Verlauf bestimmt und auf statistische Signifikanz geprüft (t-Test). Voxel mit signifikanter negativer bzw. positiver Änderung (entsprechend einer Ab- bzw. Zunahme des Desoxy-Hb-Gehaltes) wurden in separaten Überlagerungskarten farbkodiert dargestellt. Ergebnis: Alle Patienten tolerierten die Maskenbeatmung gut, so dass aussagekräftige Daten akquiriert werden konnten. Die Glioblastome beispielsweise zeigten mit bildmorphologisch unterschiedlichen Tumorarealen korrespondierende negative und positive Antworten. In vitalen Tumorbereichen waren für beide Atemgase negative Änderungen zu beobachten, was auf eine gute venöse Vaskularisierung und/oder einen hohen Sauerstoffverbrauch des Gewebes bei „normaler“ Vasoreaktivität hindeutet. Nekrotische Areale und das perifokale Ödem zeigten bis auf kleine Bereiche, die unter CO2/Luft positiv antworteten, für beide Gase keine Änderungen. Positive Änderungen unter CO2/Luft wurden auch im ringförmigen Rand der Metastasen gefunden. Sie lassen einen vaskulären „Steal“-Effekt vermuten. Schlussfolgerung: Es konnte ein stabiles Verfahren zur Bestimmung der R2*-Antwort zerebraler Tumoren auf Hyperoxie und Hyperkapnie etabliert werden. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf Oxygenierung und Vasoreaktivität zerebraler Tumoren zu.