Pokročilá protonová magnetická rezonanční spektroskopie: Aplikace v klinickém a základním neurovědním výzkumu

MUDr. Petr Bednařík, Ph.D.

Doctoral thesis

Advanced Proton Magnetic Resonance Spectroscopy: Clinical and Basic Neuroscience Applications

Abstract:

Primárním cílem dizertační práce bylo evaluovat možnosti neinvazivní detekce neurochemického profilu v lidském mozku během senzorické stimulace a za klidových podmínek pomocí protonové magnetické rezonanční spektroskopie (1H MRS) na 3 T a 7 T MR přístojích. Rozšíření spektra kvantifikovaných mozkových metabolitů a zvýšení detekční citlivosti bylo dosaženo použitím pokročilé MRS metodologie. 1H MRS byla aplikována ve dvou různých 7 T studiích zaměřených na neurochemické změny v lidském zrakovém kortexu během vizuální stimulace. Obdobná metodologie byla použita k posouzení proveditelnosti a reprodukovatelnosti kvantifikace neurochemického profilu lidského hippocampu na 3 T. Výsledky demonstrují možnost spolehlivé detekce malých metabolických změn vznikajících v důsledku aktivace mozku pomocí nově zavedené metodologie funkční spektroskopie na 7 T. Nárůst koncentrace glutamátu pozorováný během stimulace se zdá být spolehlivým markerem aktivace oxidativního metabolismu. Pokroky v hipokampální MRS na 3 T budou přínosem pro širokou škálu klinických aplikací. Rutinní využití pokročilých metod MRS analýzy bude přínosem pro budoucí studie, které vyžadují vysokou přesnost pří kvantifikaci neurometabolitů. Práce zdůrazňuje významnou roli pokročilé 1H MRS v neurovědách.

Abstract:

The primary goal of this thesis was to investigate non-invasive neurochemical profiling in activated and resting human brain using proton magnetic resonance spectroscopy (1H MRS) at 3 T and 7 T. An extended range of quantified brain metabolites and increased detection sensitivity were achieved using advanced MRS methodology, 1H MRS at 7 T was utilized in two different studies focused on neurochemical changes in the human visual cortex induced by visual stimulation. Also, a similar approach was used to test the feasibility and reproducibility of neurochemical profiling in the hippocampus at 3 T. The current work demonstrates the capability of the novel functional MRS methodology to reliably detect small metabolic changes occurring during brain activation at 7 T. Particularly, the glutamate increase observed during stimulation was suggested as a reliable marker of an increased energy production by oxidative metabolism. Improved hippocampal neurochemical profiling at 3 T will be beneficial for a broad range of clinical applications. The routine use of advanced post-processing methods will be beneficial for future studies requiring high accuracy and precision in metabolite quantification. Hence, the thesis highlighted outstanding role of the state-of-the-art 1H MRS in neuroscience.

Keywords

Semi-LASER, functional spectroscopy, brain oxidative metabolism, glutamate, cytochrome oxidase, hippocampus

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 12. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 7. 3. 2017
• Supervisor: prof. MUDr. Ivan Rektor, CSc., Silvia Mangia, PhD., RNDr. Ivan Tkáč, PhD.
• Reader: doc. MUDr. Petr Krupa, CSc., Assoc.-Prof. DI Dr. Wolfgang Bogner, prof. MUDr. Ing. Petr Hluštík, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neuroscience (4-years) / Neuroscience