Assignment of the thalamic nuclei using structural magnetization transfer MRI and orthogonal viewers

Identifizierung von Thalamusskernen auf orthogonalen Ebenen von strukturellen Magnetisierungstransfer-MRT-Daten

by Tabea Gringel
Doctoral thesis
Date of Examination:2012-09-26
Date of issue:2012-09-24
Advisor:PD Dr. Gunther Helms
Referee:PD Dr. Gunther Helms
Referee:Prof. Dr. Eva Irle
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1615

 

 

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Abstract

English

The human thalamus shows poor intrinsic contrast on standard T1- and T2-weighted magnetic resonance images (MRI). The aim of this thesis was to evaluate the use of contrast optimized parameter maps of magnetization transfer (MT) contrast for a systematic assignment of the thalamus nuclei at 3 Tesla. 20 healthy adults (23-31 years) were examined with a previously optimized protocol of three-dimensional (3D) spoiled gradient-echo MRI (FLASH). From three datasets at 0.95 isotropic resolution with T1-, proton density- and MT-weighting (3 Tesla Siemens Trio, sagittal partition, 25 min scanning time), parameter maps of MT saturation were calculated. The data was interpolated at 0.5 mm in the orientation of the intercommissural reference system and visualized with 3D viewing software. The MT maps provide the highest contrast between structures of high axonal content (hyperintense), those containing predominantly neuronal somata (hypointense) and high water content (more hypointense). The delineation of the nuclei was based on the North American nomenclature of Jones. 25 of the 34 nuclei in the classification of Jones were clearly identified on the MT parameter maps, as well as other structures such as the substantia nigra and the nucleus subthalamicus. The major landmarks in the thalamus are the internal medullary lamina (IML) and the mamillo-thalamic tract (MTT). They divide the nuclei into four groups: lateral and medial of the IML, intralaminar and enclosed by the IML. The nuclei are either directly identified or they are assigned by their relative position. The applied MRT technique provides for the first time in feasible clinical measurement time a direct delineation of most nuclei of the dorsal thalamus without superimposition of stereotactic atlases.
Keywords: Thalamus nuclei anatomy; structural magnetization transfer MRI; 3 Tesla

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Mittels der T1- und T2-gewichteten Magnetresonanztomographie (MRT) stellt sich der Thalamus mit geringem intrinsischem Kontrast dar. Ziel dieser Dissertation ist die Evaluation kontrastoptimierten Parameterkarten des Magnetisierungstransfer-Kontrastes bei 3 Tesla Feldstärke für die systematische Identifizierung der Kerne des Thalamus. An 20 gesunden Probanden (23-31 Jahre) wurden nach einem zuvor optimierten Protokoll mittels einer 3D Gradientenecho-Sequenz (FLASH) Volumendaten mit T1-, Protonendichte- und MT-Wichtung aufgenommen (3 Tesla Siemens Trio, sagittale Partitionen, 0,95 mm isotrope Auflösung, 25 min Messzeit), und hieraus MT-Parameterkarten berechnet. Die Auswertung erfolgte mit einem 3D Visualisierungsprogramm nach Interpolation auf 0,5 mm in Orientierung entlang der Interkommissurallinie. Die MT-Karten zeigen einen hohen Kontrast zwischen myelinreichen und –armen Strukturen. Faserreiche Strukturen stellen sich hyperintens dar, zellkernreiche Strukturen hypointens und flüssigkeitsreiche Strukturen stark hypointens. Die Benennung der Kerne folgte nach der amerikanischen Nomenklatur von Jones. Es konnten im Thalamus 25 der 34 Kerne der Jones-Klassifikation eindeutig identifiziert werden, darüber hinaus auch andere Strukturen wie die Substantia nigra und der Nucleus subthalamicus. Als Leitstrukturen innerhalb des Thalamus dienen die Bahnen der Lamina medullaris interna (engl. IML) und des Tractus mamillothalamicus (engl. MTT). Diese ermöglicht eine Einteilung des Thalamus in vier Gruppen: lateral und medial der IML, intralaminar und in der Gabelung der IML. Einige Kerne lassen sich direkt identifizieren. Weitere Kerne können aufgrund ihrer relativen Lage zugeordnet werden. Die verwendete MRT-Technik eröffnet somit innerhalb klinisch anwendbarer Messzeiten erstmalig die Möglichkeit, die Mehrzahl der Kerne des dorsalen Thalamus direkt, d.h. ohne Überlagerung von stereotaktischen Atlanten, zu identifizieren.
Schlagwörter: Anatomie Thalamuskerne; strukturelle Magnetisierungstransfer MRT; 3 Tesla
 
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