{"id":5518,"date":"2026-03-30T09:56:29","date_gmt":"2026-03-30T09:56:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/bart-van-de-bank\/"},"modified":"2026-03-30T13:04:38","modified_gmt":"2026-03-30T13:04:38","slug":"bart-van-de-bank","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/bart-van-de-bank\/","title":{"rendered":"Bart Van De Bank"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":5519,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-5518","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Advancing Technologies in 1H and 31P MR Spectroscopy in the Human Brain at 7 Tesla","samenvatting":"Diagnostiek met behulp van magnetische resonantie kan niet gedaan worden zonder een radio frequente spoel. Waar klinische MRI systemen standaard een spoel ingebouwd hebben heeft het systeem met een veldsterkte van 7 tesla deze niet. Dat is natuurlijk een paradijs voor de radio frequente spoelen ontwikkelaar, omdat hij (of zij) deze naar hartenlust kan ontwerpen en ontwikkelen. Voor het doen van experimenten aan andere kernen dan proton (multi-nucleair) zijn er nauwelijks commerci\u00eble spoelen te krijgen en moet er altijd een aparte RF spoel gemaakt worden voor verschillende frequenties en verschillende lichaamsdelen. Zo\u2019n speciale spoel is gepresenteerd in hoofdstuk 4. Hierin wordt een spoel beschreven die speciaal voor extreem hoog veld gemaakt is en die met meerdere kanalen tegelijk de radio frequente signalen op protonen kan zenden en ontvangen. Daarnaast heeft deze een aparte volume spoel waarmee de fosfor kernen aangeslagen kunnen worden en heeft de meetopstelling een aparte ontvangst unit die voor een 7 keer zo sterk signaal zorgt dichtbij de ontvangst elementen. De meetopstelling bestaat dan ook uit 3 verschillende onderdelen: een 8 kanaals proton hoofdspoel, daarin past een vogelkooi die actief aangeschakeld wordt om de MR signalen naar de fosfor kernen te verzenden. In deze spoel is module van 7 ontvangstspoelen gemaakt die de signalen van de fosfor kernen weer oppakt. De hogere gevoeligheid van de fosfor signalen gecombineerd met het kleinere ontvangst volume, zorgt ervoor dat we in relatieve volumes (3.0 ml) in de occipitale cortex van het menselijk brein in klinisch acceptabele meettijden (~15 minuten) kunnen meten. Deze meetopstelling is gebruikt voor het onderzoek gepresenteerd in hoofdstukken 6 en 7.\n\nVoor de studie gepresenteerd in hoofdstuk 5 onderzochten we variabiliteit en reproduceerbaarheid van een 1H spectroscopie meetmethode, welke een beperkte chemische verschuiving verplaatsingsfout heeft. Daarvoor is een identieke pulssequentie ge\u00efmplementeerd op vier verschillende 7T systemen. Deze systemen werden vervaardigd door twee verschillende leveranciers, Philips en Siemens. We beoordeelden de variaties en de reproduceerbaarheid van concentraties van verschillende metabolieten in 7 gezonde vrijwilligers met behulp van 1H spectra. Deze spectra waren van hoge kwaliteit en met een korte echo tijd opgenomen in een tweetal klinisch relevante gebieden uit de hersenen, namelijk de achterste cingulate cortex (grijze stof) en de corona radiata (witte stof). De data verwerking en analyse van alle MR-systemen is centraal uitgevoerd, waardoor dit werk kan dienen als een standaardisatie voor MR-spectroscopie op hoog veld MRI. Dit is een belangrijke stap naar een bredere bruikbaarheid en een krachtigere impact van de methodologie voor neurologie en voor klinische toepassingen. In deze studie is aangetoond dat het samenvoegen van data-ontvangst en na-verwerking van deze meetmethode zeer vergelijkbare resultaten oplevert op vier verschillende 7 Tesla systemen. De nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid die bereikt is met de semi-LASER sequentie in deze studie kan voortaan gebruikt worden als leidraad voor het kwantificeren van metabolietconcentraties in toekomstige (klinische) studies.\n\nMet of zonder signaal verhoging meten, dat is de vraag die beantwoord wordt in hoofdstuk 6. Signaal verhoging van PNP signalen kan op het eerste gezicht worden gezien als een veelbelovend instrument om ofwel meettijden in te korten, of om de ruimtelijke resolutie te verhogen. Het was echter nog niet bekend of deze signaal verbetering gunstig was voor alle PNP kernen op een hoge veldsterkte in het brein. Ook was het onbekend of er geen extra variatie toegevoegd werd aan de verkregen gegevens door de methode om signaal verhoging te verkrijgen. Om deze vraag te beantwoorden, hebben we gekeken naar de variaties in verschillende metingen. Een van de metingen had niet NOE-verhoogde signalen (native), en de ander had wel NOE-verhoogde signalen. De vraag kan voor een groot deel beantwoord worden met \u2018ja\u2019. De verbetering van het signaal, gegenereerd door NOE-verbeterde metingen, verhoogde de relatieve herhaalbaarheid van de metingen in de hersenen in gezonde vrijwilligers. Variaties die zijn gevonden in de metingen per metaboliet, met en zonder NOE-verbeteringen, kunnen bijna geheel worden verklaard door de variatie in herhaalbaarheid van de individuele PNP MRSI metingen. Daarom moedigen wij het gebruik van NOE versterkte PNP MRSI aan.\n\nWetende dat NOE verbetering geen kwaad kan in de metingen en gezien het feit dat we een uitstekende RF-spoel hebben, kunnen we de haalbaarheid van functionele PNP-MRSI (fMRSI) aantonen op 7T. Dat hebben we gedaan in hoofdstuk 7. Daarbij verkenden we de rol van de hoog-energetische buffer die aanwezig is in de menselijke visuele cortex. Metingen hieraan zijn eerder gedaan, maar leverden minder nauwkeurige resultaten op vergeleken met die van ons. Met behulp van de geoptimaliseerde meetopstelling voor gelokaliseerde spectroscopische beeldvorming zoals beschreven in hoofdstuk 4, gecombineerd met lokale NOE-verbetering (hoofdstuk 6), waren we in staat om de signaal intensiteit van de PNP kernen te verhogen. Dit stelde ons in staat om herhaaldelijk gelokaliseerde 3D MRSI te doen met voldoende kwaliteit in een beperkte scantijd, waardoor gelokaliseerde spectroscopie tijdens visuele stimulatie en tijdens rust mogelijk werd. Met deze zeer gevoelig setup, toonden we aan dat de amplitude van PCr, Pi en ATP nauwelijks veranderde tijdens een visuele stimulatie. Hoewel enkele kleine veranderingen tijdens langere stimulaties zichtbaar waren konden er statistisch geen significante verschillen ontdekt worden. Dit toont aan dat het zeer moeilijk of zelfs onmogelijk is om de PCr-buffer leeg te maken. Het kan zijn dat het reservoir zeer snel wordt aangevuld, omdat er enige bescherming voor leegloop van dit systeem in de hersenen aanwezig zijn. Het kan ook suggereren dat dit energiereservoir in de visuele cortex nauwelijks of helemaal niet aangesproken wordt tijdens visuele stimulatie. Eerder gerapporteerde veranderingen in deze stof tijdens visuele stimulatie konden we niet nabootsen, zelfs niet bij zeer hoge veldsterktes in combinatie met een speciale zeer gevoelige meetopstelling. Dit gaf ons de indruk dat het energie buffer niet optreedt als een belangrijke energiebron in de visuele cortex.\n\nPerspectieven voor de Toekomst\nIn dit proefschrift is de nauwkeurigheid en stabiliteit van metingen aan neuro-chemische verdelingen en hoog-energetische fosfaat niveaus in het menselijk brein op 7T bestudeerd en beschreven. De stabiliteit en betrouwbaarheid van metingen blijft een discussiepunt tussen spectroscopisten overal ter wereld.\n\nOnafhankelijk van de unieke kwaliteiten en onderdelen van elk MR systeem en visie van verschillende onderzoeksgroepen die mogelijk hetzelfde systeem gebruiken zou iedere spectroscopie meting eenzelfde betrouwbare en reproduceerbaar resultaat op moeten leveren. Hoewel de concentraties van metabolieten doorgaans gerapporteerd worden binnen een bepaalde range, kan het goed zijn dat verschillende nabewerkingsstappen inclusief kwantificatie leiden tot verschillende resultaten. Daarom stel ik voor om de stabiliteit en invloed van verschillende kwantificatie algoritmen te onderzoeken. Daarbij dient ook gekeken te worden naar verschillende niveaus van voorkennis en dient men gebruik te maken van dezelfde datasets. Hiermee kan de kwantitatieve aard van spectroscopie bevestigd worden. Daarnaast kan deze studie aangeven waar de mogelijke bottlenecks zijn bij het kwantificeren van de data.\n\nEen andere mogelijkheid die met dit proefschrift naar voren komt is het onderzoeken van de haalbaarheid van multi-nucleaire excitatie enkel en alleen van het gebied van interesse. Als eerste stap daarvoor hebben we de combinatie van B1-shimming en NOE verhoging voor PNP MRSI met meerdere ontvangstspoelen gepresenteerd. Met deze meetopstelling zou het mogelijk moeten zijn om de meerdere zendkanalen te gebruiken om transmit-SENSE toe te passen om daarbij alleen, via polarisatie technieken, de regio van interesse aan te slaan. Daarmee is het mogelijk om een nog hogere resolutie te behalen, of om alleen een intern structuur van een bepaald weefsel te onderzoeken.\n\nHet meten van energie metabolisme in het menselijk brein gedurende langere perioden van visuele stimulatie is mogelijk geworden door alle besproken zaken in dit proefschrift te combineren. Hoewel we geen verandering in de hoog energetische fosfaten hebben gevonden gedurende de langere stimulatie perioden, kan het nog steeds het geval zijn dat deze slechts een rol spelen bij het begin van de activatie, waarbij de tijdschaal wellicht enkele seconden bedraagt, tussen gebruik en aanvulling van deze energie buffers en dat dit sneller verwerkt wordt dan te detecteren is. Een andere mogelijke verklaring kan zijn dat dit reservoir niet of nauwelijks aangesproken wordt in de visuele cortex van het menselijke brein tijdens visuele stimulatie. Hierover is nog geen consensus gepresenteerd in de wetenschappelijke literatuur. De meetmethoden en het meetinstrument zoals beschreven in dit proefschrift geeft de mogelijkheid om deze complexe materie verder te bestuderen.","summary":"MR Imaging or Spectroscopy cannot be performed without a RF coil. Building such a coil can be challenging, especially for MR systems with magnetic field strengths of 7 Tesla or higher, which are delivered without a body coil. Currently, this field of hardware engineering is a paradise for the MR Coil technician, as there is need to develop and construct innovative experimental coil designs for MR experiments. For multi-nuclear MR spectroscopy there are few commercial coils available and an engineer is needed to design a dedicated coil for the appropriate resonance frequency and body organ. In chapter 4 we presented one of these special coil designs; a dedicated coil setup for an ultra-high field (UHF) strength of 7 Tesla that featured multi-transmit capabilities on 1H channels, volume excitation for PNP and an additional PNP receive-only array with a 7-fold local SNR improvement close to the receive elements. This coil contains three main components: an 8-channel multi-transmit 1H volume (head) coil, an insertable and actively tunable birdcage coil for PNP and a local 7-channel PNP receive-only array. The increased PNP sensitivity in combination with the limited field of view of the local receive coils made it possible to perform PNP MRSI at higher spatial resolutions (3.0cm3 voxel) in the occipital lobe (the visual processing center) of the human brain in clinically acceptable scan times (~15 min). This setup was used for the research presented in chapters 6 and 7.\n\nFor the study presented in chapter 5, we assessed variability and reproducibility of a 1H spectroscopy measurement, which has a limited chemical shift displacement error. We implemented an identical single voxel semi-LASER 1H-MRS pulse sequence on four different 7T systems. These systems were manufactured by two different vendors, Philips and Siemens. We assessed metabolic variations and reproducibility in 7 healthy volunteers by obtaining high quality, short echo time, 1H MR spectra from two clinically relevant brain regions, the posterior cingulate cortex (gray matter) and the corona radiata (white matter). Data processing and analysis of all MR systems was harmonized. As such, this work initiates standardization efforts for MR spectroscopy at UHF. This is a critical step towards a wider utility and higher impact of the methodology for neuroscience and clinical applications. In this study we have shown that harmonization of data acquisition and post-processing of single voxel 1H-MRS produces very similar results at four different 7 Tesla systems. The accuracy and reproducibility obtained with the semi-LASER sequence in this multi-center, multi-vendor setting at ultra-high magnetic field strength of in-vivo measured neurochemical profiles can be used as guidance for quantifying metabolite concentrations in future (clinical) studies.\n\n\u2018To NOE or not to NOE\u2019, is the question we addressed in chapter 6. Signal enhancement of PNP signals can at first sight be seen as a promising tool to either shorten scan times, in some cases to increase spatial resolution, or just to increase signal intensity. Unfortunately, it was not known if this signal enhancement was beneficial for all PNP nuclei at ultra-high field strengths and if there was no additional variability introduced to the acquired data. To answer this question, we looked at the variations in data between non NOE-enhanced (native) MRSI data and NOE-enhanced data. To a great extent, this question can be answered with \u2018yes\u2019. The signal enhancement generated by NOE improved the relative repeatability of brain PNP MRSI in healthy volunteers. Variations in NOE enhancements per metabolite could be explained almost completely by the repeatability of native and NOE-enhanced PNP MRSI. For these reasons, the use of NOE-enhanced PNP MRSI is encouraged.\n\nKnowing that NOE-enhancement would do no harm, and given the fact that we have an excellent RF coil, we demonstrated the feasibility of functional PNP-MRSI (fMRSI) at 7T in chapter 7. The role of the high-energy buffer present in the human visual cortex has been explored before. However, we tried to explore this in more detail by using the optimized coil setup for localized spectroscopic imaging as presented in chapter 4, combined with local NOE-enhancement (chapter 6) we were able to increase signal intensity of the PNP nuclei. This enabled us to do repeated localized 3D MRSI with sufficient quality in a limited scan time, enabling localized spectroscopy during visual stimulation and during rest. With this very sensitive measurement, we showed that the high energy phosphates like PCr, Pi and ATP hardly change during a visual stimulation protocol, in contrast to previously reported studies. This shows that it is very challenging, or even impossible to drain the PCr-buffer and questions its role as a long-term energy buffer in the brain. Although we examined the high energy phosphate levels at ultra-high magnetic field strength combined with a dedicated coil and a very sensitive coil setup, we couldn\u2019t replicate previously reported changes during visual stimulation. This gave us the impression that the high energy buffer is not acting as a main energy source on our applied time-scales of stimulation inside the human visual cortex.\n\nFuture Directions\nThis thesis describes studies on the accuracy and stability of measuring neurochemical profiles and high energy phosphate levels in the human brain at 7T. Measurement stability and accuracy are topics for ongoing debate among MR spectroscopists worldwide. Although MR measurements of the tissue concentrations of metabolites of a particular brain region are expected to produce similar numbers, within certain ranges, it is common that different post-processing steps including quantitation may produce different results. Therefore I would propose to investigate the stability and influence of different quantitation algorithms, including differences in prior knowledge, on the same spectroscopic datasets. This would confirm the metabolic insights of spectroscopy. Or - if this is not applicable - at best, point out the hurdles for quantification with spectroscopy.\n\nAnother possible further direction based on this thesis is to investigate feasibility of multi-nuclear excitation of the region of interest only. We presented a possibility to combine B1-shimming and NOE-enhanced PNP MRSI with a multichannel receiver. Using this setup it should be possible, as the next step, to combine multichannel transmit, or transmit SENSE, to selectively excite a geometric region of interest for instance through polarization transfer experiments. This would open up new possibilities for even higher resolution PNP-MRSI, or for more accurate localization of internal structures.\n\nCombining the reproducibility measurements with the dedicated multi-channel, multi-nuclear coil setup, opened up the possibility to measure brain energy metabolism during longer visual exposures. Although we could not detect any alterations in high-energy phosphates during these stimulation paradigms, it could still be the case that the high energy buffer is needed on initiation of activation, just for one or a couple of seconds and is refreshed very quickly, faster than detectable. Another possible explanation might be that the high-energy reservoir inside the human visual cortex is barely addressed at all in the case of visual stimulation. Consensus about this issue has not been presented in literature yet. The tools and technical opportunities in this thesis enable further mechanistic studies in this direction.","auteur":"Bart Van De Bank","auteur_slug":"bart-van-de-bank","publicatiedatum":"23 februari 2018","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/bartvandebank?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202603300953","isbn":"978-94-92380-90-6","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Radboud Universiteit","afbeeldingen":5520,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Radboud Universiteit","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/5518","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5518"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/5518\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5521,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/5518\/revisions\/5521"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5519"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5518"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=5518"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}