@phdthesis{Gram2023,
  author    = {Gram, Maximilian},
  title     = {Neue Methoden der Spin-Lock-basierten Magnetresonanztomographie: Myokardiale T\(_{1ρ}\)-Quantifizierung und Detektion magnetischer Oszillationen im nT-Bereich},
  doi       = {10.25972/OPUS-32255},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322552},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung neuer, robuster Methoden der Spin-Lock-basierten MRT. Im Fokus stand hierbei vorerst die T1ρ-Quantifizierung des Myokards im Kleintiermodell. Neben der T1ρ-Bildgebung bietet Spin-Locking jedoch zus{\"a}tzlich die M{\"o}glichkeit der Detektion ultra-schwacher, magnetischer Feldoszillationen. Die Projekte und Ergebnisse, die im Rahmen dieses Promotionsvorhabens umgesetzt und erzielt wurden, decken daher ein breites Spektrum der Spin-lock basierten Bildgebung ab und k{\"o}nnen grob in drei Bereiche unterteilt werden. Im ersten Schritt wurde die grundlegende Pulssequenz des Spin-Lock-Experimentes durch die Einf{\"u}hrung des balancierten Spin-Locks optimiert. Der zweite Schritt war die Entwicklung einer kardialen MRT-Sequenz f{\"u}r die robuste Quantifizierung der myokardialen T1ρ-Relaxationszeit an einem pr{\"a}klinischen Hochfeld-MRT. Im letzten Schritt wurden Konzepte der robusten T1ρ-Bildgebung auf die Methodik der Felddetektion mittels Spin-Locking {\"u}bertragen. Hierbei wurden erste, erfolgreiche Messungen magnetischer Oszillationen im nT-Bereich, welche lokal im untersuchten Gewebe auftreten, an einem klinischen MRT-System im menschlichen Gehirn realisiert.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Richter2021,
  author    = {Richter, Julian Alexander J{\"u}rgen},
  title     = {Wave-CAIPI for Accelerated Dynamic MRI of the Thorax},
  doi       = {10.25972/OPUS-23207},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-232071},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {In summary, the wave-CAIPI k-space trajectory presents an efficient sampling strategy for accelerated MR acquisitions. Using wave-CAIPI in parallel imaging reconstructions leads to a reduced noise level in the reconstructed images, compared to the Cartesian standard trajectory. This effect could be quantified by means of noise and SNR calculations. An SNR gain can be traded for a reduced scan time, i.e., additional undersampling, or for an enhanced image quality, keeping scan time constant. Acceleration of MR imaging is especially important in dynamic applications, since these examinations are inherently time-consuming. The impact of wave-CAIPI sampling on image quality and its potential for scan time reduction was investigated for two dynamic applications: self-gated dynamic 3D lung MRI during free breathing and cardiac 4D flow MRI. Dynamic 3D Lung MRI By employing wave-CAIPI sampling in self-gated, free-breathing dynamic 3D lung MRI for the purpose of radiotherapy treatment planning, the image quality of accelerated scans could be enhanced. Volunteer examinations were used to quantify image quality by means of similarity between accelerated and reference images. To this end, the normalized mutual information and the root-mean-square error were chosen as quantitative image similarity measures. The wave-CAIPI sampling was shown to exhibit superior quality, especially for short scan times. The values of the normalized mutual information were (10.2 +- 7.3)\% higher in the wave-CAIPI case -- the root-mean-square error was (18.9 +- 13.2)\% lower on average. SNR calculations suggest an average SNR benefit of around 14\% for the wave-CAIPI, compared to Cartesian sampling. Resolution of the lung in 8 breathing states can be achieved in only 2 minutes. By using the wave-CAIPI k-space trajectory, precise tumor delineation and assessment of respiration-induced displacement is facilitated. Cardiac 4D Flow MRI In 4D flow MRI, acceleration of the image acquisition is essential to incorporate the corresponding scan protocols into clinical routine. In this work, a retrospective 6-fold acceleration of the image acquisition was realized. Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations of healthy volunteers were used to quantify uncertainties in flow parameters for the respective sampling schemes. By employing wave-CAIPI sampling, the estimated errors in flow parameters in 6-fold accelerated scans could be reduced by up to 55\%. Noise calculations showed that the noise level in 6-fold accelerated 4D flow acquisitions with wave-CAIPI is 43\% lower, compared to Cartesian sampling. Comparisons between Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations with a prospective acceleration factor R=2 revealed small, but partly statistically significant discrepancies. Differences between 2-fold and 6-fold accelerated wave-CAIPI scans are comparable to the differences between Cartesian and wave-CAIPI examinations at R=2. Wave-CAIPI 4D flow acquisitions of the aorta could be performed with an average, simulated scan time of under 4 minutes, with reduced uncertainties in flow parameters. Important visualizations of hemodynamic flow patterns in the aorta were only slightly affected by undersampling in the wave-CAIPI case, whereas for Cartesian sampling, considerable discrepancies were observed.},
  subject      = {Magnetresonanztomographie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stich2020,
  author    = {Stich, Manuel},
  title     = {Kompatibilit{\"a}t in der medizinischen Bildgebung: Beeinflussung von Gradientenfeldern durch das Magnetsystem und Beeinflussung elektronischer Bauteile durch ionisierende Strahlung},
  doi       = {10.25972/OPUS-20347},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-203474},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Kompatibilit{\"a}t in der medizinischen Bildgebung unter zwei verschiedenen Aspekten: (A) Beeinflussung von Gradientenfeldern durch das Magnetsystem eines Magnetresonanztomographen. (B) Beeinflussung elektronischer Bauteile durch ionisierende Strahlung. Imperfektionen in der Gradientenhardware (7-13) f{\"u}hren dazu, dass nicht die ideale zeitliche Gradientenform ausgespielt wird, sondern eine verzerrte Version der Gradienten (6,14). In der nicht-kartesischen Bildgebung f{\"u}hren diese resultierenden Abweichungen in den k-Raum Trajektorien zu Bildartefakten, die sich negativ auf die Diagnosestellung auswirken k{\"o}nnen. Die linearen und zeitinvarianten Eigenschaften des Gradientensystems erm{\"o}glichen die Bestimmung der {\"U}bertragungsfunktion (GSTF) (20). Diese {\"U}bertragungsfunktion kann innerhalb der Bildrekonstruktion zur Trajektorienkorrektur verwendet werden (14,15,70). In dieser Arbeit wurden mit der Feldkamera (Skope Magnetic Resonance Technologies, Z{\"u}rich, Schweiz) (22,23) und der schichtselektiven Phantommethode (5,6) zwei etablierte GSTF-Messverfahren verglichen. Dabei wurde die Notwendigkeit einer Abtastzeitkompensation festgestellt, um die GSTF-Informationen entsprechend der gew{\"a}hlten Abtastzeit zu korrigieren (s. Abbildung 16) und die Trajektorien hinreichend zu korrigieren und damit Bildartefakte zu reduzieren. Die Langzeit- und Temperaturanalyse der GSTF zeigte f{\"u}r zwei verschiedene Siemens-Tomographen (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany) eine Langzeit und Temperaturstabilit{\"a}t, auch bei extensiven Duty-Cyclen. Damit l{\"a}sst sich auch einfach eine Pre-emphasis-Korrektur der Gradienten realisieren, was exemplarisch mit einer Zig-Zag- und einer Spiral-Sequenz gezeigt werden konnte. Die GSTF-Pre-emphasis-Korrektur lieferte dabei {\"a}hnliche Ergebnisse wie die GSTF-Post-Processing-Technik (s. Abbildung 44 und 47). In Bezug auf die Kompatibilit{\"a}t in der medizinischen Bildgebung wurde in dieser Arbeit auch die Beeinflussung von medizinischen Implantaten durch ionisierende Strahlung untersucht. Herzschrittmacher, Kardioverter-Defibrillatoren oder andere aktive medizini- sche Implantate k{\"o}nnen in ihrer Funktion durch ionisierende Strahlung, die bei verschiedenen diagnostischen und therapeutischen Anwendungen appliziert wird, beeintr{\"a}chtigt werden (28,97,111). In dieser Studie wurden verschiedene elektronische Bauteile, wie Kondensatoren, Transistoren, Batterien und Speicherkarten in einer gewebe{\"a}quivalenten Messumgebung bestrahlt und dabei auf ihre Funktionalit{\"a}t {\"u}berpr{\"u}ft. Die Messumgebung simuliert dabei die Wechselwirkungseigenschaften von menschlichem Gewebe mit ionisierender Strahlung in einem Energiebereich von 10 keV - 6 MeV. Zudem erm{\"o}glicht sie mit der Einschubeinheit die Integration von Implantaten/elektronischen Bauteilen, sowie eine realistische Bestrahlungsplanung und Dosisverifikation (35,77). Bei den Kondensatoren zeigten sich w{\"a}hrend der Bestrahlung ein ver{\"a}ndertes Funktionsverhalten, mit signifikant abweichenden Spannungen und Zeitkonstanten gegen{\"u}ber dem unbestrahlten Zustand. Auch die Batterien haben sich w{\"a}hrend der Bestrahlung signifikant schneller entladen, als ohne Strahlungsapplikation. Nach der Bestrahlung konnten bei den untersuchten SD-Speicherkarten auch Ver{\"a}nderungen in den Speicherzellen festgestellt werden. Bei den Transistoren war aufgrund von Fehlern im Messsetup und dem Schaltungsdesign keine genauere teststatistische Auswertung m{\"o}glich. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass sich charakteristische Kenngr{\"o}ßen der untersuchten Bauteile bei Strahlungsapplikation signifikant ver{\"a}nderten.},
  subject      = {Magnetresonanztomographie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Richter2015,
  author    = {Richter, Julia Babette Marianne},
  title     = {Vergleich der Wertigkeit von Magnetresonanz-Enterographie und farbkodierter Duplex-Sonographie bei chronisch entz{\"u}ndlichen Darmerkrankungen im Kindes- und Jugendlichenalter},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140336},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In der S3-Leitlinie „Diagnostik und Therapie des Morbus Crohn" von 2008 war lediglich die Sonographie als prim{\"a}r bildgebendes Verfahren verankert; der Einsatz der D{\"u}nndarm-MRT blieb optional und ohne feste Position im Diagnostik-Algorithmus der CED. Im Unterschied hierzu st{\"a}rkt die 2014 aktualisierte entsprechende S3-Leitlinie den Stellenwert der MRT als bildgebende Modalit{\"a}t. Weiterhin bestehen bleibt die Sonographie als prim{\"a}re Bildgebung; eine MRT soll jedoch ebenfalls erfolgen: zur Prim{\"a}rdiagnostik, zur Erkennung extraintestinaler Komplikationen und zur Beurteilung endoskopisch nicht einsehbarer Darmabschnitte. Dar{\"u}ber hinaus kann sie in Verlaufskontrollen angewendet werden, falls erforderlich. Da sich diese jungen Patienten bei langer Krankheitsdauer in der Regel einer hohen Zahl an Untersuchungen unterziehen, sollte die M{\"o}glichkeit, dies strahlenexpositionsfrei durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, unbedingt gew{\"a}hrleistet werden. Andernfalls ist mit einer erh{\"o}hten Rate an Malignomen im sp{\"a}teren Lebensalter zu rechnen. Daraus ergibt sich die Bedeutung einer Korrelation von mittels Ultraschall wie MRT erhobenen Befunden bei kindlicher CED. Hierzu liegen bislang nur wenige Untersuchungen vor, die zumeist auf den additiven Wert der Sonographie zur MRT und/oder dem additiven Wert der MR-Perfusionsanalyse fokussieren. Der hier vorgestellte Ansatz einer direkten Korrelation der Parameter Wanddicke und Perfusionsmarker zwischen Sonographie und MRT sowie gegen{\"u}ber klinischen Aktivit{\"a}tsmarkern (shPCDAI) ist innovativ. F{\"u}r das MRT konnten wir eine signifikante Korrelation von Wanddicke und Signalintensit{\"a}tszunahme zwei Minuten nach Kontrastmittelgabe f{\"u}r das terminale Ileum, der Pr{\"a}dilektionsstelle des Morbus Crohn, nachweisen. Ein Zusammenhang zwischen Wanddicke und klinischem Aktivit{\"a}tsindex konnte nicht gezeigt werden, jedoch zwischen Signalintensit{\"a}tszunahme und short PCDAI. Die Perfusionsanalyse sollte daher unserer Ansicht nach bei MRT-Untersuchungen zur Beantwortung der Frage „aktive Entz{\"u}ndung" herangezogen werden. F{\"u}r die Sonographie konnten wir keinen Zusammenhang von Wanddicke und Perfusion, jedoch eine signifikante Korrelation von Wanddicke und short PCDAI nachweisen. Die Perfusion korrelierte wiederum nicht mit dem klinischen Aktivit{\"a}tsindex. Die morphologische Wanddickenanalyse sollte daher f{\"u}r Sonographie-Untersuchungen zur Beantwortung der Frage „aktive Entz{\"u}ndung" herangezogen werden. Bei der Korrelation der MRT- und Sonographie-Ergebnisse zeigte sich ein gutes {\"U}bereinstimmen der Daten der Darmwanddicken-Messungen, die h{\"o}chste Korrelation ergab sich im terminalen Ileum. Auch f{\"u}r Signalintensit{\"a}tszunahmen (MRT) und Perfusion (FKDS) zeigte sich ein gutes {\"U}bereinstimmen - mit Ausnahme des Rektosigmoids (sp{\"a}te KM-Phase). Die gr{\"o}ßte Korrelation war auch hier im terminalen Ileum zu finden. Dies belegt die gute Vergleichbarkeit beider Modalit{\"a}ten. Eine Korrelation von MRAIs - USAI - shPCDAI ließ sich nicht nachweisen. Dies k{\"o}nnte an einer divergenten Einsch{\"a}tzung der Erkrankungsaktivit{\"a}t, jedoch auch an der kleinen Fallzahl liegen. Zur Erstellung des shPCDAI waren die retrospektiv erhobenen Variablen teils nicht ausreichend. Hauptlimitation f{\"u}r den USAI war die - teils durch Darmgas{\"u}berlagerung bedingte - unvollst{\"a}ndige Dokumentation. Die St{\"a}rke des MRAI lag dagegen bei konstant vorliegenden Messungen in f{\"u}nf Darmabschnitten. Trotz dieser Limitationen belegt die vorliegende Arbeit die Gleichwertigkeit beider Methoden in der Beurteilung von Darmwanddicken und eine bessere Korrelation wie Aussagekraft der MRT bei der Perfusionsanalyse. Aktuelle Publikationen belegen die Bedeutung Diffusionsgewichteter-MR-Bildgebung bei der CED-Diagnostik. Die DWI wurde im Rahmen unserer Untersuchung nicht angewendet, wird aber in Zukunft als vielversprechender, additiver Baustein oder sogar Ersatz f{\"u}r die Kontrastmittelgabe (Perfusionsanalyse) f{\"u}r MRT bei CED zu evaluieren sein.},
  subject      = {Magnetresonanztomographie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Weick2015,
  author    = {Weick, Stefan},
  title     = {Retrospektive Bewegungskorrektur zur hochaufgel{\"o}sten Darstellung der menschlichen Lunge mittels Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124084},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war es, das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Aufl{\"o}sung mittels der MRT darzustellen. Um trotz der niedrigen Protonendichte der Lunge und der geforderten hohen Aufl{\"o}sung ausreichend Signal f{\"u}r eine verl{\"a}ssliche Diagnostik zu erhalten, sind Aufnahmezeiten von einigen Minuten n{\"o}tig. Um die Untersuchung f{\"u}r den Patienten angenehmer zu gestalten oder auf Grund der eingeschr{\"a}nkten F{\"a}higkeit eines Atemstopps {\"u}berhaupt erst zu erm{\"o}glichen, war eine Anforderung, die Aufnahmen in freier Atmung durchzuf{\"u}hren. Dadurch entstehen allerdings Bewegungsartefakte, die die Diagnostik stark beeintr{\"a}chtigen und daher m{\"o}glichst vermieden werden m{\"u}ssen. F{\"u}r eine Bewegungskompensation der Daten muss die auftretende Atembewegung detektiert werden. Die Bewegungsdetektion kann durch externe Messger{\"a}te (Atemgurt oder Spirometer) oder durch eine zus{\"a}tzliche Anregungen erfolgen (konventionelle Navigatoren) erfolgen. Nachteile dieser Methoden bestehen darin, dass die Bewegung w{\"a}hrend der Atmung nicht direkt verfolgt wird, dass elektronische Messger{\"a}te in die N{\"a}he des Tomographen gebracht werden und das die Patienten zus{\"a}tzlich vorbereitet und eingeschr{\"a}nkt werden. Des Weiteren erfordert eine zus{\"a}tzliche Anregung extra Messzeit und kann unter Umst{\"a}nden die Magnetisierung auf unterw{\"u}nschte Weise beeinflussen. Um die angesprochenen Schwierigkeiten der Bewegungsdetektion zu umgehen, wurden in dieser Arbeit innerhalb einer Anregung einer 3d FLASH-Sequenz sowohl Bilddaten- als auch Navigatordaten aufgenommen. Als Navigator diente dabei das nach der Rephasierung aller bildgebenden Gradienten entstehende Signal (DC Signal). Das DC Signal entspricht dabei der Summe aller Signale, die mit einem bestimmten Spulenelement detektiert werden k{\"o}nnen. Bewegt sich beispielsweise die Leber bedingt durch die Atmung in den Sensitivit{\"a}tsbereich eines Spulenelementes, wird ein st{\"a}rkeres DC Signal detektiert werden. Je nach Positionierung auf dem K{\"o}rper kann so die Atembewegung mit einzelnen r{\"a}umlich lokalisierten Spulenelementen nachverfolgt werden. Am DC Signalverlauf des f{\"u}r die Bewegungskorrektur ausgew{\"a}hlten Spulenelementes sind dann periodische Signalschwankungen zu erkennen. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnen aus dem Verlauf Expirations- von Inspirationszust{\"a}nden unterschieden werden, da sich Endexpirationszust{\"a}nde im Regelfall durch eine l{\"a}ngere Verweildauer auszeichnen. Grunds{\"a}tzlich kann das DC Signal vor oder nach der eigentlichen Datenaufnahme innerhalb einer Anregung aufgenommen werden. Auf Grund der kurzen Relaxationszeit T∗2 des Lungengewebes f{\"a}llt das Signal nach der RF Anregung sehr schnell ab. Um m{\"o}glichst viel Signal zu erhalten sollten, wie in dieser Arbeit gezeigt wurde, innerhalb einer Anregung zuerst die Bilddaten und danach die Navigatordaten aufgenommen werden. Dieser Ansatz f{\"u}hrt zu einer Verk{\"u}rzung der Echozeit TE um 0.3 ms und damit zu einem SNR Gewinn von etwa 20 \%. Gleichzeitig ist das verbleibende Signal nach der Datenakquisition und Rephasierung der bildgebenden Gradienten noch ausreichend um die Atembewegung zu erfassen und somit eine Bewegungskorrektur der Daten (Navigation) zu erm{\"o}glichen. Um eine retrospektive Bewegungskorrektur durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen Akzeptanzbedingungen (Schwellenwerte) f{\"u}r die Datenauswahl festgelegt werden. Bei der Wahl des Schwellenwertes ist darauf zu achten, dass weder zu wenige noch zu viele Daten akzeptiert werden. Akzeptiert man sehr wenige Daten, zeichnen sich die Rekonstruktionen durch einen scharfen {\"U}bergang zwischen Lunge und Diaphragma aus, da man sehr wenig Bewegung in den Rekonstruktionen erlaubt. Gleichzeitig erh{\"o}ht sich allerdings das Risiko, dass nach der Navigation Linien fehlen. Dies f{\"u}hrt zu Einfaltungsartefakten, die in Form von gest{\"o}rten Bildintensit{\"a}ten in den Rekonstruktionen zu sehen sind und die diagnostische Aussagekraft einschr{\"a}nken. Um Einfaltungsartefakte zu vermeiden sollte der Schwellenwert so gew{\"a}hlt werden, dass nach der Datenauswahl keine Linien fehlen. Aus dieser Anforderung l{\"a}sst sich ein maximaler Schwellenwert ableiten. Akzeptiert man dagegen sehr viele Daten, zeichnen sich die Rekonstruktionen durch erh{\"o}htes Signal und das vermehrte Auftreten von Bewegungsartefakten aus. In diesem Fall m{\"u}sste der Arzt entscheiden, ob Bewegungsartefakte die Diagnostik zu stark beeinflussen. W{\"a}hlt man den Schwellenwert so, dass weder Linien fehlen noch zu viel Bewegung erlaubt wird, erh{\"a}lt man Rekonstruktionen die sich durch einen scharfen Diaphragma{\"u}bergang auszeichnen und in denen noch kleinste Gef{\"a}ße auch in der N{\"a}he des Diaphragmas deutlich zu erkennen sind. Hierf{\"u}r haben sich Schwellenwerte, die zu einer Datenakzeptanz von ca. 40 \% f{\"u}hren als g{\"u}nstig erwiesen. Um Einfaltungsartefakte auf Grund der retrospektiven Datenauswahl zu verhindern, muss das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden. Dadurch wird gew{\"a}hrleistet, dass f{\"u}r die letztendliche Rekonstruktion ausreichend Daten zur Verf{\"u}gung stehen, wobei mehrfach akzeptierte Daten gemittelt werden. Dies spielt auf Grund der niedrigen Protonendichte der Lunge eine wesentliche Rolle in der Rekonstruktion hochaufgel{\"o}ster Lungendatens{\"a}tze. Weiterhin f{\"u}hrt das Mitteln von mehrfach akzeptierten Daten zu einer Unterdr{\"u}ckung der sogenannten Ghost Artefakte, was am Beispiel der Herzbewegung in der Arbeit gezeigt wird. Da die Messungen unter freier Atmung durchgef{\"u}hrt werden und keine zus{\"a}tzlichen externen Messger{\"a}te angeschlossen werden m{\"u}ssen, stellte die Untersuchung f{\"u}r die Patienten in dieser Arbeit kein Problem dar. Im ersten Teil dieser wurde Arbeit gezeigt, dass sich mit Hilfe des DC Signales als Navigator und einer retrospektiven Datenauswahl das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Aufl{\"o}sung von beispielsweise 1.6 x 1.6 x 4 mm3 innerhalb von 13 min. darstellen l{\"a}sst. Die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode zur Bewegungskorrektur wurde neben Probanden auch an Patienten demonstriert. Da wie bereits beschrieben das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden muss, wiederholt sich auch die Abfolge der f{\"u}r die Bildgebung verantwortlichen Gradienten periodisch. Da sich der Atemzyklus aber auch periodisch wiederholt, kann es zu Korrelationen zwischen der Atmung und den wiederholten Messungen kommen. Dies f{\"u}hrt dazu, dass auch nach vielen wiederholten Messungen immer noch gr{\"o}ßere Bereiche fehlender Linien im k-Raum bleiben, was zu Artefakten in den Rekonstruktionen f{\"u}hrt. Dies konnte im Falle der konventionellen Bewegungskorrektur in den Gatingmasken, die die Verteilung und H{\"a}ufigkeit der einzelnen akzeptierten Phasenkodierschritte im k-Raum zeigen, beobachtet werden. Da eine vors{\"a}tzliche Unterbrechung der Atemperiodizit{\"a}t (der Patient wird dazu angehalten, seine Atemfrequenz w{\"a}hrend der Messung absichtlich zu variieren) zur Vermeidung der angesprochenen Korrelationen nicht in Frage kommt, musste die Periodizit{\"a}t in der Datenaufnahme unterbrochen werden. In dieser Arbeit wurde dies durch eine quasizuf{\"a}llige Auswahl von Phasen- und Partitionskodiergradienten erreicht, da Quasizufallszahlen so generiert werden, dass sie unabh{\"a}ngig von ihrer Anzahl einen Raum m{\"o}glichst gleichf{\"o}rmig ausf{\"u}llen. Die quasizuf{\"a}llige Datenaufnahme f{\"u}hrt deshalb dazu, das sowohl akzeptierte als auch fehlende Linien nach der Bewegungskorrektur homogen im k-Raum verteilt auftreten. Vergleicht man das auftreten von Ghosting zeichnen sich die quasizuf{\"a}lligen Rekonstruktionen im Vergleich zur konventionellen Datenaufnahme durch eine verbesserte Reduktion von Ghost Artefakten aus. Dies ist auf die homogene Verteilung mehrfach akzeptierter Linien im k-Raum zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Die homogenere Verteilung von fehlenden Linien im k-Raum f{\"u}hrt weiterhin zu einer wesentlich stabileren Rekonstruktion fehlender Linien mit parallelen MRT-Verfahren (z.B. iterativem Grappa). Dies wird umso deutlicher je h{\"o}her der Anteil fehlender Linien im k-Raum wird. Im Falle der konventionellen Datenaufnahme werden die zusammenh{\"a}ngenden Bereiche fehlender Linien immer gr{\"o}ßer, was eine erfolgreiche Rekonstruktion mit iterativem Grappa unm{\"o}glich macht. Im Falle der quasizuf{\"a}lligen Datenaufnahme dagegen k{\"o}nnen auch Datens{\"a}tze in denen 40\% der Linien fehlen einfaltungsartefaktfrei rekonstruiert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde gezeigt, wie die Stabilit{\"a}t der iterativen Grappa Rekonstruktion im Falle der quasizuf{\"a}lligen Datenaufnahme f{\"u}r eine erhebliche Reduktion der gesamten Messzeit genutzt werden kann. So ist in einer Messzeit von nur 74s die Rekonstruktion eines artefaktfreien und bewegungskorrigierten dreidimensionalen Datensatzes der menschlichen Lunge mit einer Aufl{\"o}sung von 2 x 2 x 5 mm3 m{\"o}glich. Des Weiteren erlaubt die quasizuf{\"a}llige Datenaufnahme in Kombination mit iterativem Grappa die Rekonstruktion von Datens{\"a}tzen unterschiedlicher Atemphasen von Inspiration bis Expiration (4D Bildgebung). Nach einer Messzeit von 15min. wurden 19 unterschiedliche Atemzust{\"a}nde rekonstruiert, wobei sich der Anteil der fehlenden Linien zwischen 0 und 20 \% lag. Im Falle der konventionellen Datenaufnahme w{\"a}re eine wesentlich l{\"a}ngere Messzeit n{\"o}tig gewesen, um {\"a}hnliche Ergebnisse zu erhalten. Zum Schluss soll noch ein Ausblick {\"u}ber m{\"o}gliche Weiterentwicklungen und Anwendungsm{\"o}glichkeiten, die sich aus den Erkenntnissen dieser Arbeit ergeben haben, gegeben werden. So k{\"o}nnte das quasizuf{\"a}llige Aufnahmeschema um eine Dichtegewichtung erweitert werden. Hierbei w{\"u}rde der zentrale k-Raum Bereich etwas h{\"a}ufiger als die peripheren Bereiche akquiriert werden. Dadurch sollte die iterative Grappa Rekonstruktion noch stabiler funktionieren und Ghost Artefakte besser reduziert werden. Die Verteilung der Linien sollte allerdings nicht zu inhomogen werden, um gr{\"o}ßere L{\"u}cken im k-Raum zu vermeiden. Dar{\"u}ber hinaus k{\"o}nnte die vorgestellte Methode der Bewegungskompensation auch f{\"u}r die Untersuchung anderer Organe oder K{\"o}rperteile verwendet werden. Voraussetzung w{\"a}re lediglich das Vorhandensein dezidierter Spulenanordnungen, mit denen die Bewegung nachverfolgt werden kann. So ist beispielsweise eine dynamische Bildgebung des frei und aktiv bewegten Knies m{\"o}glich, wobei zwischen Beugung und Streckung durch die erste Ableitung des zentralen k-Raum Signales unterschieden werden kann. Dies kann zus{\"a}tzliche Diagnoseinformationen liefern oder f{\"u}r Verlaufskontrollen nach Operationen benutzt werden [15]. Eine Weiterentwicklung mit hohem klinischen Potential k{\"o}nnte die Kombination der in dieser Arbeit vorgestellten retrospektiven Bewegungskorrektur mit einer Multi- Gradienten-Echo Sequenz darstellen. Hierzu musste die bestehende Sequenz lediglich um eine mehrfache Abfolge von Auslesegradienten innerhalb einer Anregung erweitert werden. Dies erm{\"o}glicht eine bewegungskorrigierte voxelweise Bestimmung der transversalen Relaxationszeit T∗2 in hoher r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung. Unter zus{\"a}tzlicher Sauerstoffgabe kann es zu einer Ver{\"a}nderung von T∗2 kommen, die auf den sogenannten BOLD Effekt (Blood Oxygen Level Dependent) zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Aus dieser {\"A}nderung k{\"o}nnten R{\"u}ckschl{\"u}sse auf hypoxische Tumorareale gezogen werden. Da diese eine erh{\"o}hte Strahlenresistenz aufweisen, k{\"o}nnte auf diese Bereiche innerhalb des Tumors eine erh{\"o}hte Strahlendosis appliziert und so m{\"o}glicherweise Behandlungsmisserfolge reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die 4D Bildgebung eine m{\"o}gliche Tumorbewegung durch die Atmung erfasst und diese Information ebenfalls in der Bestrahlungsplanung benutzt werden. Die Lungen MRT k{\"o}nnte somit um eine hochaufgel{\"o}ste dreidimensionale funktionelle Bildgebung erweitert werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2014,
  author    = {Fuchs, Kilian},
  title     = {Absolutquantifizierung der myokardialen Perfusion mit hochaufl{\"o}sender MRT bei 3 Tesla},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107015},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In den letzten Jahren hat die myokardiale MR-Perfusionsbildgebung als nichtinvasives Verfahren zur Darstellung von funktionellen Ver{\"a}nderungen des Myokards f{\"u}r die Diagnostik der KHK zunehmend an Bedeutung gewonnen. W{\"a}hrend in den letzten 20 Jahren die kardiale MRT {\"u}berwiegend bei einer Magnetfeldst{\"a}rke von 1,5 T durchge-f{\"u}hrt wurde und dies auch immer noch wird, findet aktuell eine rasante Verbreitung von MR-Systemen h{\"o}herer Feldst{\"a}rken statt. Von der neuen Hochfeldtechnik erhofft man sich vor allem, je nach Anwendung, eine deutliche Verbesserung der Bildqualit{\"a}t mit h{\"o}herer r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung, wodurch der diagnostische Nutzen noch weiter gesteigert werden k{\"o}nnte. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels First-Pass-MR-Bildgebung bei einer Magnet-feldst{\"a}rke von 3 T quantitative Werte f{\"u}r die myokardiale Perfusion von 20 gesunden Probanden unter Ruhebedingungen bestimmt. Sowohl die erhobenen absoluten Perfusionswerte (0,859 ml/g/min im Mittel) als auch die Standardabweichung des mittleren MBF (0,298 ml/g/min) entsprechen den Messungen aus den fr{\"u}heren Publikationen dieser Arbeitsgruppe. In der Gesamtzusammenschau bisher ver{\"o}ffentlichter Perfusionsstudien zeigt sich eine relativ große Variabilit{\"a}t der publizierten Ruhefl{\"u}sse. Dabei liegt der absolute MBF dieser Arbeit im mittleren Wertebereich dieser Streubreite. Er l{\"a}sst sich auch mit den in PET-Studien ermittelten Ergebnissen in Einklang bringen, welche als Goldstandard zur Bestimmung der absoluten myokardialen Perfusion beim Menschen gelten. Die vorliegende Arbeit best{\"a}tigt die bereits in anderen 3 T-Studien untersuchten Vorteile der Hochfeld-MRT. Die h{\"o}here Magnetfeldst{\"a}rke erm{\"o}glicht durch das gr{\"o}ßere SNR eine signifikant bessere r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung und besticht vor allem durch die hohe Bildqualit{\"a}t. Dies k{\"o}nnte bei der Erkennung kleiner, subendokardial gelegener Perfusionsdefekte sowie der Erstellung von transmuralen Perfusionsgradienten von Bedeutung sein und verspricht neben einer Reduktion von Partialvolumeneffekten auch eine Verminderung von „dark rim"-Artefakten. Um diese Vorteile entsprechend nutzen zu k{\"o}nnen, wird die Entwicklung von Methoden zur pixelweisen Bestimmung der absoluten Fl{\"u}sse und farblich kodierten Darstellung derselben in Form von Perfusionskarten ein weiterer Schritt in Richtung klinisch einsetzbare Diagnostik sein. Eine Voraussetzung hierf{\"u}r ist die Entwicklung einer exakten und sehr stabilen Bewegungskorrektur in weiterf{\"u}hrenden Studien. Durch den Wechsel zu einer h{\"o}heren Magnetfeldst{\"a}rke von 3 T und den sich daraus ergebenden Vorteilen kann das Potential der MR-Perfusionsbildgebung, insbesondere der Bestimmung quantitativer Perfusionswerte, im Bereich der nichtinvasiven KHK-Diagnostik zuk{\"u}nftig weiter gesteigert werden.},
  subject      = {Kernspintomographie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lother2013,
  author    = {Lother, Steffen Reiner},
  title     = {Entwicklung eines 3D MR-Tomographen zur Erdfeld- und multimodalen MR-MPI-Bildgebung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-99181},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und die Anfertigung eines 3D Erdfeld-NMR Tomographen, um damit die ben{\"o}tigte Technik der MR eines MR-MPI-Tomographen am Lehrstuhl zu etablieren. Daraufhin wurden alle n{\"o}tigen Komponenten f{\"u}r ein komplettes 3D Erdfeld-NMR-System entwickelt, gebaut und getestet. Mit diesem Wissen wurde in enger Zusammenarbeit mit der MPI-Arbeitsgruppe am Lehrstuhl ein multimodaler MR-MPI-Tomograph angefertigt und die prinzipielle Machbarkeit der technischen Kombination dieser zwei Modalit{\"a}ten (MRT/MPI) in einer einzigen Apparatur gezeigt. Auf diesem Entwicklungsweg sind zus{\"a}tzlich innovative Systemkomponenten entstanden, wie der Bau eines neuen Pr{\"a}polarisationssystems, mit dem das Pr{\"a}polarisationsfeld kontrolliert und optimiert abgeschaltet werden kann. Des Weiteren wurde ein neuartiges 3D Gradientensystem entwickelt, das parallel und senkrecht zum Erdmagnetfeld ausgerichtet werden kann, ohne die Bildgebungseigenschaften zu verlieren. Hierf{\"u}r wurde ein 3D Standard-Gradientensystem mit nur einer weiteren Spule, auf insgesamt vier Gradientenspulen erweitert. Diese wurden entworfen, gefertigt und anhand von Magnetfeldkarten ausgemessen. Anschließend konnten diese Ergebnisse mit der hier pr{\"a}sentierten Theorie und den Simulationsergebnissen {\"u}bereinstimmend verglichen werden. MPI (Magnetic Particle Imaging) ist eine neue Bildgebungstechnik mit der nur Kontrastmittel detektiert werden k{\"o}nnen. Das hat den Vorteil der direkten und eindeutigen Detektion von Kontrastmitteln, jedoch fehlt die Hintergrundinformation der Probe. Wissenschaftliche Arbeiten prognostizieren großes Potential, die Hintergrundinformationen der MRT mit den hochaufl{\"o}senden Kontrastmittelinformationen mittels MPI zu kombinieren. Jedoch war es bis jetzt nicht m{\"o}glich, diese beiden Techniken in einer einzigen Apparatur zu etablieren. Mit diesem Prototyp konnte erstmalig eine MR-MPI-Messung ohne Probentransfer durchgef{\"u}hrt und die empfindliche Lokalisation von Kontrastmittel mit der {\"U}berlagerung der notwendigen Hintergrundinformation der Probe gezeigt werden. Dies ist ein Meilenstein in der Entwicklung der Kombination von MRT und MPI und bringt die Vision eines zuk{\"u}nftigen, klinischen, multimodalen MR-MPI-Tomographen ein großes St{\"u}ck n{\"a}her.},
  subject      = {NMR-Spektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hubert2012,
  author    = {Hubert, Alexander Thomas Wilhelm},
  title     = {Funktionelle kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie: Einfluss der alternativen Wahl des Narkosemittels Isofluran, Propofol sowie Propofol in Kombination mit Pancuronium auf die kardialen Funktionsparameter im Rattenmodell},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-94402},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Magnetresonanztomographie stellt den Goldstandard zur kardialen Funktionsdiagnostik dar und erm{\"o}glicht die nicht-invasive Analyse der Herzfunktion mit valider Bestimmung von Volumina, Fl{\"u}ssen sowie der Ejektionsfraktion in vivo. In unserer Arbeitsgruppe erfolgt eine stetige Weiterentwicklung der Methode am Rattenmodell, wobei regelhaft eine Narkose des Versuchtstiers notwendig ist. Im Rahmen meiner Arbeit wurde der Effekt verschiedener Narkoseformen auf die Herzfunktion untersucht. Dabei wurde eine Isoflurannarkose einer Narkose mittels Propofol sowie Propofol in Kombination mit Pancuronium gegen{\"u}bergestellt. Hierbei zeigen sich teilweise deutliche Unterschiede in den kardialen Funktionsparametern w{\"a}hrend der Untersuchung. Hieraus ist zu folgern, dass ein sinnvoller Vergleich der Herzfunktion von Versuchsreihen mit unterschiedlicher Narkosetechnik problematisch ist. Dies unterstreicht die Wichtigkeit einer Festlegung der Narkosetechnik vor Beginn einer Versuchsreihe in der kardiovaskul{\"a}ren Forschung und deren Konstanthaltung {\"u}ber die gesamte Versuchsdauer.},
  subject      = {Kernspintomographie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wech2012,
  author    = {Wech, Tobias},
  title     = {Compressed Sensing in der funktionellen kardialen Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77179},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die MRT des Herzens wird aufgrund hoher Reproduzierbarkeit und geringer Variabilit{\"a}t als Referenzstandard f{\"u}r die Bestimmung der kardialen Funktion betrachtet. Auch in der pr{\"a}klinischen Forschung bietet die MRT eine ausgezeichnete Charakterisierung der kardialen Funktion und erm{\"o}glicht eine exzellente Analyse modellierter Krankheitsbilder. In beiden F{\"a}llen besteht jedoch weiterhin Optimierungsbedarf. Die klinische Herz-MRT stellt ein aufwendiges Verfahren mit relativ langer Messzeit dar und ist dadurch mit hohen Untersuchungskosten verbunden. In der pr{\"a}klinischen Kleintierbildgebung m{\"u}ssen zum Erreichen der notwendigen h{\"o}heren Orts- und Zeitaufl{\"o}sung ebenfalls lange Aufnahmezeiten in Kauf genommen werden. Um die kardiale MRT dort routinem{\"a}ßig in großen Studienkollektiven anwenden zu k{\"o}nnen, ist eine schnellere Bildgebung essentiell. Neben einer Verbesserung der Tomographen-Hardware und der Optimierung von Bildgebungssequenzen standen im letzten Jahrzehnt vermehrt informationstheoretische Ans{\"a}tze zur Beschleunigung der MR-Datenakquisition im Fokus der Entwicklung. W{\"a}hrend zu Beginn des Jahrtausends die Parallele Bildgebung (PI) einen Forschungsschwerpunkt repr{\"a}sentierte, spielte sich in den letzten f{\"u}nf Jahren vermehrt die von Donoho und Cand{\`e}s eingef{\"u}hrte Compressed Sensing (CS) Theorie in den Vordergrund. Diese erm{\"o}glicht eine Signalrekonstruktion aus unvollst{\"a}ndig gemessenen Koeffizienten einer linearen Messung (z.B. Fouriermessung) unter Ausnutzung der Sparsit{\"a}t des Signals in einer beliebigen Transformationsbasis. Da sich die MRT hervorragend f{\"u}r den Einsatz von CS eignet, wurde die Technik in der Forschung bereits vielfach angewendet. Die zur Rekonstruktion unterabgetasteter Aufnahmen n{\"o}tigen CS-Algorithmen haben jedoch eine signifikante Ver{\"a}nderung des Bildgebungsprozesses der MRT zur Folge. Konnte dieser zuvor in guter N{\"a}herung als linear und station{\"a}r betrachtet werden, so repr{\"a}sentiert die CS-Rekonstruktion eine nichtlineare und nichtstation{\"a}re Transformation. Objektinformation wird nicht mehr ortsunabh{\"a}ngig und proportional zur Intensit{\"a}t in die Abbildung transportiert. Das Bild ist viel mehr das Ergebnis eines Optimierungsprozesses, der sowohl die Konsistenz gegen{\"u}ber der unterabgetasteten Messung als auch die Sparsit{\"a}t des Signals maximiert. Der erste Teil dieser Dissertation beschreibt eine Methode, die eine objektive Einsch{\"a}tzung der Bildqualit{\"a}t CS-rekonstruierter MR-Bilder erm{\"o}glicht. Die CS-Beschleunigung verspricht eine Verk{\"u}rzung der Messzeit ohne Verlust an Bildqualit{\"a}t, wobei letztere bisher gr{\"o}ßtenteils qualitativ bzw. quantitativ nur unzureichend beurteilt wurde. Konnte der Bildgebungsprozess der klassischen MRT (linear und station{\"a}r) durch die Bestimmung einer Punktspreizfunktion (PSF) robust und effektiv validiert und optimiert werden, erlauben die CS-Algorithmen aufgrund ihres nichtlinearen und nichtstation{\"a}ren Verhaltens ohne Weiteres keine {\"a}quivalente Analyse. Um dennoch eine entsprechende Evaluierung des CS-Bildgebungsprozesses zu erm{\"o}glichen, wurde die Anwendung einer lokalen Punktspreizfunktion (LPSF) f{\"u}r den in der Folge verwendeten Iterative Soft Thresholding Algorithmus untersucht. Die LPSF ber{\"u}cksichtigt die Ortsabh{\"a}ngigkeit der CS-Rekonstruktion und muss daher f{\"u}r jeden Ort (Pixel) eines Bildes bestimmt werden. Dar{\"u}ber hinaus wurde die LPSF im linearen Bereich der CS-Transformation ermittelt. Dazu wurde das zu bewertende Bild nach Anwenden einer kleinen lokalen St{\"o}rung rekonstruiert. Die Breite des Hauptmaximums der LPSF wurde schließlich verwendet, um ortsaufgel{\"o}ste Aufl{\"o}sungsstudien durchzuf{\"u}hren. Es wurde sowohl der Einfluss typischer Unterabtastschemata f{\"u}r CS als auch der Einsatz diskreter Gradienten zur Sparsifizierung eines Phantombildes untersucht. Anschließend wurde die Prozedur zur Bestimmung der r{\"a}umlichen und zeitlichen Aufl{\"o}sung in der Herzbildgebung getestet. In allen Beispielen erm{\"o}glichte das vorgeschlagene Verfahren eine solide und objektive Analyse der Bildaufl{\"o}sung CS-rekonstruierter Aufnahmen. Wurde zuvor meist ausschließlich auf Vergleiche mit einer vollst{\"a}ndig abgetasteten Referenz zur Qualit{\"a}tsbeurteilung zur{\"u}ckgegriffen, so stellt die vorgestellte Aufl{\"o}sungsbestimmung einen Schritt in Richtung einer standardisierten Bildanalyse bei der Verwendung der Beschleunigung mittels CS dar. Die Analyse der Abtastmuster zeigte, dass auch bei der Anwendung von CS die Ber{\"u}cksichtigung der nominell h{\"o}chsten Frequenzen k_max unerl{\"a}sslich ist. Fr{\"u}here Publikationen schlagen Abtastfolgen mit einer teils starken Gewichtung der Messpunkte zum k-Raum-Zentrum hin vor. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit relativieren ein derartiges Vorgehen, da zumindest bei den durchgef{\"u}hrten Untersuchungen ein Aufl{\"o}sungsverlust bei analoger Vorgehensweise zu verzeichnen war. Ebenso zeigten sich dynamische Aufnahmen, die unter Verwendung des x-f-Raums als sparse Basis rekonstruiert wurden, durchaus anf{\"a}llig f{\"u}r zeitliches Blurring. Dieses resultiert aus der Unterdr{\"u}ckung hoher zeitlicher Frequenzen und konnte durch die ortsaufgel{\"o}sten Aufl{\"o}sungskarten sichtbar gemacht werden. Neben der Aufl{\"o}sung ist f{\"u}r eine umfassende Analyse der Bildqualit{\"a}t auch die Untersuchung potentieller Aliasing-Artefakte sowie des Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnisses (SNR) notwendig. W{\"a}hrend Aliasing mit Hilfe der Eintr{\"a}ge der LPSF außerhalb des Hauptmaximums untersucht werden kann, wurde in Kap. 5 eine Modifikation der Multi-Replika-Methode von Robson et al. zur Rauschanalyse bei Verwendung nichtlinearer Algorithmen vorgestellt. Unter Einbeziehung aller genannten Qualit{\"a}tsparameter ist eine robuste Bewertung der Bildqualit{\"a}t auch bei einer Verwendung von CS m{\"o}glich. Die differenzierte Evaluierung ebnet den Weg hin zu einem objektiven Vergleich neuer Entwicklungen mit bisherigen Standard-Techniken und kann dadurch den Einzug von CS in die klinische Anwendung vorantreiben. Nach den theoretischen Betrachtungen der Bildqualit{\"a}t behandelt die Dissertation die erstmalige Anwendung von CS zur Beschleunigung der funktionellen Herzdiagnostik in der pr{\"a}klinischen MR-Kleintierbildgebung. Diese Studien wurden in Zusammenarbeit mit der British Heart Foundation Experimental Magnetic Resonance Unit (BMRU) der University of Oxford durchgef{\"u}hrt. Die Algorithmen f{\"u}r eine Beschleunigung mittels der CS-Theorie wurden anhand der dort am 9,4T Tomographen gemessenen (unterabgetasteten) Datens{\"a}tze entwickelt und optimiert. Zun{\"a}chst wurde eine Beschleunigung ausschließlich mittels CS untersucht. Dazu wurde die segmentierte, EKG- und Atemgetriggerte kartesische Cine-Aufnahme in Phasenkodierrichtung unterabgetastet und mittels CS rekonstruiert. Die sparse Darstellung wurde durch Ermitteln zeitlicher Differenzbilder f{\"u}r jede Herzphase erhalten. Durch Variation der Abtastmuster in der zeitlichen Dimension konnte ein vollst{\"a}ndig abgetastetes zeitliches Mittelbild bestimmt werden, das anschließend von jedem einzelnen Herzphasenbild subtrahiert wurde. In einer Validierungsphase wurden an der Maus vollst{\"a}ndig aufgenommene Cine-Akquisitionen retrospektiv unterabgetastet, um die maximal m{\"o}gliche Beschleunigung mittels CS zu ermitteln. Es wurden u.a. funktionelle Herz-Parameter f{\"u}r jede Gruppe des jeweiligen Beschleunigungsfaktors bestimmt und mittels einer statistischen Analyse verglichen. Die Gesamtheit aller Ergebnisse zeigte die M{\"o}glichkeit einer dreifachen Beschleunigung ohne eine Degradierung der Genauigkeit der Methode auf. Die ermittelte Maximalbeschleunigung wurde in einer unterabgetastet gemessenen Bilderserie mit anschließender CS-Rekonstruktion validiert. Die Abtastschemata wurden dazu mit Hilfe der Transformations-Punktspreizfunktion weiter optimiert. In einer Erweiterung der Studie wurde zum Zweck einer noch h{\"o}heren Beschleunigung die CS-Technik mit der PI kombiniert. Erneut fand eine Unterabtastung der Phasenkodierrichtung einer kartesischen Trajektorie statt. Die Messungen erfolgten mit einer 8-Kanal-M{\"a}usespule an einem 9,4T Tomographen. Um das Potential beider Beschleunigungstechniken auszunutzen, wurden die Methoden CS und PI in serieller Weise implementiert. F{\"u}r die PI-Beschleunigung wurde der vollst{\"a}ndig abgetastete k-Raum zun{\"a}chst gleichm{\"a}ßig unterabgetastet. Auf dem resultierenden Untergitter wurde zus{\"a}tzlich eine Unterabtastung nach Pseudo-Zufallszahlen durchgef{\"u}hrt, um eine Beschleunigung mittels CS zu erm{\"o}glichen. Die entwickelte Rekonstruktion erfolgte ebenfalls seriell. Zun{\"a}chst wurde mittels CS das {\"a}quidistante Untergitter rekonstruiert, um anschließend mittels GRAPPA die noch fehlenden Daten zu berechnen. Um eine zus{\"a}tzliche Messung zur Kalibrierung der GRAPPA-Faktoren zu umgehen, wurde das {\"a}quidistant unterabgetastete Untergitter von Herzphase zu Herzphase um je einen Phasenkodierschritt weitergeschoben. Dieses Vorgehen erlaubt die Ermittlung eines vollst{\"a}ndig abgetasteten k-Raums mit einer geringeren zeitlichen Aufl{\"o}sung, der die notwendige Bestimmung der Wichtungsfaktoren erm{\"o}glicht. Folgende Kombinationen von Beschleunigungsfaktoren wurden mittels retrospektiver Unterabtastung eines vollst{\"a}ndig aufgenommenen Datensatzes untersucht: R_CS x R_PI = 2 x 2, 2 x 3, 3 x 2 und 3 x 3. Die Analyse des Bildrauschens, des systematischen Fehlers und der Aufl{\"o}sung f{\"u}hrte zu dem Schluss, dass eine sechsfache Beschleunigung mit Hilfe der hybriden Rekonstruktionstechnik m{\"o}glich ist. W{\"a}hrend mit steigender CS-Beschleunigung der systematische Fehler leicht anstieg, f{\"u}hrte ein h{\"o}herer PI-Beschleunigungsfaktor zu einer leichten Verst{\"a}rkung des statistischen Fehlers. Der statistische Fehler zeigte jedoch ebenfalls eine Verringerung bei steigender Beschleunigung mittels CS. Die Fehler waren allerdings stets auf einem Niveau, das durchaus auch Beschleunigungen bis R_CS x R_PI =3 x 3 zul{\"a}sst. Die LPSF-Analyse zeigte einen Verlust der r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung von ca. 50 \% bei R=6 sowie einen mittleren Verlust von 64 \% bei R=9. Offensichtlich ging die ebenfalls beobachtete Minimierung des Bildrauschens durch den CS-Algorithmus im Falle der relativ stark verrauschten Kleintieraufnahmen zu Lasten der Bildaufl{\"o}sung. Die mit zunehmender Beschleunigung st{\"a}rker geblurrten Grenzen zwischen Blutpool und Myokardgewebe erschweren die Segmentierung und stellen eine m{\"o}gliche Fehlerquelle dar. Unter Beachtung aller Ergebnisse ist eine sechsfache Beschleunigung (R_CS x R_PI = 2 x 3, 3 x 2) vertretbar. Die Hinzunahme der PI erm{\"o}glicht somit im Vergleich zur alleinigen Verwendung von CS eine weitere Beschleunigung um einen Faktor von zwei. Zusammenfassend erm{\"o}glicht der Einsatz von CS in der pr{\"a}klinischen funktionellen Herzbildgebung am Kleintier eine deutliche Reduktion der Messzeit. Bereits ohne Vorhandensein von Mehrkanalspulen kann die notwendige Datenmenge ohne signifikante Beeinflussung der Messergebnisse auf ein Drittel reduziert werden. Ist der Einsatz von Spulenarrays m{\"o}glich, kann die mit PI m{\"o}gliche dreifache Beschleunigung um einen weiteren Faktor zwei mittels CS auf R=6 erweitert werden. Dementsprechend kann CS einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, dass das Potential Herz-MRT am Kleintier in großen Studienkollektiven effektiver abgerufen werden kann. Im letzten Teil der Arbeit wurde eine Technik f{\"u}r die funktionelle klinische MR-Herzbildgebung entwickelt. Hier wurde eine Beschleunigung mittels CS verwendet, um die Aufnahme des gesamten Herzens innerhalb eines Atemstillstandes des Patienten zu erm{\"o}glichen. Bei der derzeitigen Standardmethode werden {\"u}blicherweise 10-15 2D-Schichten des Herzens akquiriert, wobei jede einzelne Aufnahme einen Atemstillstand des Patienten erfordert. F{\"u}r die notwendige Beschleunigung wurde eine unterabgetastete 3D-Trajektorie verwendet. Durch Phasenkodierung einer Richtung sowie radiale Projektionen in den beiden anderen Dimensionen konnte eine effiziente Aufnahme unterhalb des Nyquist-Kriteriums erreicht werden. Die Sparsifizierung erfolgte, wie bereits in der beschriebenen pr{\"a}klinischen Anwendung, durch die Subtraktion eines zeitlichen Mittelbildes. In einer Simulation anhand eines retrospektiv unterabgetasteten Datensatzes konnte die theoretische Funktionalit{\"a}t der Rekonstruktionstechnik bei einer Beschleunigung bez{\"u}glich der Nyquist-Abtastung von R ~ 10 validiert werden. Die Unterschiede zum vollst{\"a}ndig abgetasteten Datensatz waren vernachl{\"a}ssigbar klein, so dass die vorgeschlagene Abtastfolge am Tomographen implementiert wurde. Mit dieser Sequenz wurde anschließend eine funktionelle Bilderserie an einem gesunden Probanden mit vollst{\"a}ndiger Herzabdeckung innerhalb eines Atemstopps aufgenommen. Fehlende Daten wurden analog zur Simulation mit Hilfe des vorgeschlagenen Algorithmus rekonstruiert. Im Vergleich zur Simulation ergaben sich aufgrund des Schichtprofils der 3D-Slab-Anregung zus{\"a}tzliche Aliasing-Artefakte in den {\"a}ußeren Partitionen. Die f{\"u}r radiale Aufnahmen typischen Streifenartefakte waren im rekonstruierten Bild, wenn auch mit sehr geringer Amplitude, noch erkennbar. Davon abgesehen wurde die Dynamik jedoch {\"u}ber das gesamte Herz hinweg gut dargestellt. Der hohe Kontrast zwischen Myokard und Blutpool bescheinigt den Bildern eine hervorragende Eignung f{\"u}r die Bestimmung funktioneller Herzparameter mittels einer Segmentierung. Zusammengefasst erlaubt die entwickelte Methode aufgrund der drastischen Reduktion der notwendigen Atemstopps des Patienten einen deutlich erh{\"o}hten Patientenkomfort sowie einen schnelleren Durchsatz aufgrund der verk{\"u}rzten Messzeit.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bloemer2011,
  author    = {Bl{\"o}mer, Steffen},
  title     = {Synthese von modifizierten Eisenoxid-Nanopartikeln f{\"u}r die MR-Tomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66068},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden magnetische Kolloide auf der Basis von Eisenoxid-Nanopartikeln hergestellt, die eine erh{\"o}hte Verweildauer im Blutstrom aufweisen sollten. Die H{\"u}llmolek{\"u}le bestehen aus zwei Teilen: Direkt an den Phosphor gebunden eine hydrophobe Alkylkette aus vier bis zehn CH2-Einheiten, und daran anschließend eine Methoxy-terminierte Polyethylenglykol (PEG)-Kette. Die PEG-Kette sollte sowohl die Hydrophilie der fertigen Partikel als auch den n{\"o}tigen Schutz gegen Phagozytose gew{\"a}hrleisten. Diese speziellen Phosphons{\"a}uren wurden dann dazu verwendet, Magnetit-Nanopartikel stabil einzuh{\"u}llen.},
  subject      = {Eisenoxide},
  language  = {de}
}