@phdthesis{Triphan2015,
  author    = {Triphan, Simon},
  title     = {T1 und T2*-Quantifizierung in der menschlichen Lunge},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-139621},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden f{\"u}r die Anwendung in der menschlichen Lunge optimierte Methoden zur Bestimmung von T1- und T2*-Karten diskutiert: Dc-Gating erm{\"o}glicht die Quantifizierung in freier Atmung, wobei f{\"u}r die T1-Quantifizierung mittels Inversion Recovery eine Korrektur des dc-Signals entwickelt wurde. Dies hat den Vorteil, dass Parameterkarten aus mehreren Messungen anhand ihrer dc-Signale passend {\"u}berlagert werden k{\"o}nnen. Da T1 und T2* auf unterschiedliche Art und Weise von der Sauerstoffkonzentration abh{\"a}ngen, verbessert dies die M{\"o}glichkeit, ΔT1- und ΔT2*- Differenzkarten aus Messungen mit unterschiedlichen O2-Konzentrationen im Atemgas zu erstellen. Die Parameterquantifizierung ist in erster Linie f{\"u}r die Beobachtung von Krankheitsverl{\"a}ufen interessant, da T1 und T2* absolute, vergleichbare Zahlen sind. Da T2* deutlich vom Atemzustand abh{\"a}ngt, ist es auch hierf{\"u}r sinnvoll, durch Gating identische Atemzust{\"a}nde abzubilden. Um die unterschiedlichen Einfl{\"u}sse des Sauerstoffs auf T1 und T2* besser vergleichbar zu machen, wurde in dieser Arbeit weiterhin eine kombinierte Messung f{\"u}r beide Parameter implementiert: Da auch diese in freier Atmung stattfindet, profitieren nicht nur die Differenzkarten von der {\"U}berlagerung der Bilder, sondern auch der Vergleich der ΔT1- und ΔT2*-Karten untereinander. Messungen mit einer konventionellen kartesischen Methode an COPD-Patienten unter Raumluft- und 100\% Sauerstoffatmung ergaben bei Verwendung identischer Atemmasken ein deutlich geringeres ΔT1 als in gesunden Probanden. Dass T1 in der Lunge nicht nur von der Sauerstoffkonzentration sondern auch von der Gewebezusammensetzung und insbesondere auch dem Blutvolumenanteil abh{\"a}ngt, zeigte sich hierbei aber auch an den bei COPD im Mittel sehr viel k{\"u}rzeren T1-Zeiten bei Raumluft. Die aufgrund emphysematischer Ver{\"a}nderung noch zus{\"a}tzlich reduzierte Protonendichte im Parenchym kranker Lungen macht diese Messungen allerdings besonders schwierig. Die oben erw{\"a}hnten Optimierungen der T1-Quantifizierung zielen daher auch darauf ab, das Signal aus der Lunge zu maximieren, um Patientenmessungen einfacher zu machen: Messungen in freier Atmung sind f{\"u}r Patienten nicht nur einfacher, sondern erlauben effektiv auch l{\"a}ngere Messzeiten. Insbesondere wurde aber durch die Entwicklung einer radialen Methode die Echozeit zur Messung reduziert, um die kurze T2*-Zeit in der Lunge auszugleichen. Schließlich wurde durch Implementation einer 2D UTE Sequenz die Messung bei der k{\"u}rzesten vom Scanner erlaubten Echozeit erm{\"o}glicht. Die Messungen bei ultrakurzen Echozeiten in Probanden zeigten allerdings deutlich k{\"u}rzere T1-Zeiten als die zuvor gefundenen oder in der Literatur dokumentierten. In weiteren Experimenten wurde das sichtbare T1 zu mehreren Echozeiten mit Hilfe der zur kombinierten Quantifizierung entwickelten Methode bestimmt. Dabei ergab sich eine Zunahme des gemessenen T1 mit der Echozeit. Aus diesem Verhalten sowie den gefundenen k{\"u}rzesten und l{\"a}ngsten T1 l{\"a}sst sich schließen, dass das intra- und extravaskul{\"a}re Lungenwasser, also Blut bzw. das umgebende Gewebe, mit unterschiedlichen T1- und T2*-Zeiten zum Signal und damit auch dem effektiven T1 beitragen. Dass das TE der Messung die Gewichtung dieser Kompartimente bestimmt, hat dabei mehrere Auswirkungen: Einerseits bedeutet dies, dass beim Vergleich von T1-Messungen in der Lunge stets auch das TE mitbetrachtet werden muss, bei dem diese durchgef{\"u}hrt wurden. Andererseits l{\"a}sst sich die M{\"o}glichkeit, die Messung auf die unterschiedlichen Kompartimente abzustimmen, potentiell ausnutzen, um zus{\"a}tzliche diagnostische Informationen zu gewinnen: Da T1 vom Blutvolumenanteil und der Gewebezusammensetzung abh{\"a}ngt, k{\"o}nnte dieser Effekt helfen, diese beiden Einfl{\"u}sse zu differenzieren. W{\"a}hrend die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente die TE-Abh{\"a}ngigkeit des sichtbaren T1 in Probanden aufzeigen, liefern sie allerdings noch keine genaue Erkl{\"a}rung f{\"u}r die m{\"o}glichen Urspr{\"u}nge dieses Effekts. Um diese weiter zu untersuchen, k{\"o}nnten allerdings gezielte Phantom- und in vivo-Experimente Aufschluss geben: Ein Aufbau, der die Feldverzerrung durch luftgef{\"u}llte Alveolen in L{\"o}sungen mit entsprechenden verschiedenen Suszeptibilit{\"a}ten nachbildet, reduziert den Unterschied zwischen den Kompartimenten auf T1 und χ. Eine in vivo-Messung mit m{\"o}glichst großer Differenz zwischen Ex- und Inspiration hingegen k{\"o}nnte den Einfluss der Abst{\"a}nde der Kompartimente vom Gasraum aufzeigen, da die Alveolarw{\"a}nde in tiefer Inspiration am weitesten gedehnt und daher am d{\"u}nnsten sind.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaufmann2008,
  author    = {Kaufmann, Ilja},
  title     = {Funktionelle NMR-Mikroskopie an Pflanzenwurzeln},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34150},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Als nicht-invasive Methode bietet die magnetische Kernspinresonanztomographie durch ihre Vielzahl an messbaren Gr{\"o}ßen wie Wassergehalt und Flussgeschwindigkeiten gute Voraussetzungen, um funktionelle Abl{\"a}ufe in Pflanzen und insbesondere Pflanzenwurzeln zu untersuchen. F{\"u}r funktionelle NMR-Mikroskopie notwendige Hardware und Methoden wurden in dieser Arbeit entwickelt und angewendet. Aufgrund der starken Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede in den Proben und der notwendigen Zeitaufl{\"o}sung f{\"u}r funktionelle Studien, lag das Hauptaugenmerk dabei auf Turbospinechomethoden (auch als RARE bekannt). Im Rahmen des Hardwareaufbaus wurde ein neuartiges, modulares Probenkopfkonzept entwickelt. Außerdem war es notwendig geeignete Probengef{\"a}ße und Pflanzenhandlingsysteme zu entwerfen, die die Anbringung einer HF-Spule im Wurzelbereich erlauben. F{\"u}r die Auswertung gemessener Parameterkarten wurde eine Software geschrieben, mit der interaktiv Mittelwerte entlang geschlossener Pfade berechnet werden k{\"o}nnen, angepasst an den grob radialsymmetrische Aufbau der Pflanzenwurzeln. Als Grundlage f{\"u}r biologische Aussagen anhand von T1-, T2- und Spindichtekarten wurden aus einer umfangreichen Literaturrecherche die bekannten Zusammenh{\"a}nge zwischen diesen Parametern und physiologischen Gr{\"o}ßen zusammengestellt. Erg{\"a}nzend wurde das Verhalten einer monoexponentiellen Beschreibung der Relaxation von mehr-Kompartimentsystemen und von deren Durchmischung untersucht. Eine Computersimulation der Diffusion zwischen Volumenschichten mit unterschiedlichen Relaxationszeiten wurde implementiert. Damit konnte gezeigt werden, dass die Reichweite der Durchmischung der messbaren Relaxationszeiten bei freier Diffusion abh{\"a}ngig ist von der Diffusionsweite, die nach der Einstein-Smoluchowski-Gleichung aus der jeweils lokalen Relaxationszeit resultiert. Damit ergibt sich eine grunds{\"a}tzliche Limitierung der r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung von Relaxationszeitkarten und auch des jeweiligen Relaxationszeitkontrastes in NMR-Bildern. Daneben erkl{\"a}rt der Effekt der durch Diffusion vermittelten Relaxation auch den hellen Ring, der in NMR-Bildern die Wurzeln in N{\"a}hrl{\"o}sung umgibt. Die haupts{\"a}chliche Anwendung der entwickelten Methodik auf biologische Fragestellungen bestand in der Untersuchung der Reaktion von Maiswurzeln auf Trockenstress. Erstmals konnten dabei im Rahmen dieser Arbeit Kavitationen der Wassers{\"a}ule im Xylem von Wurzeln sowie deren Wiederbef{\"u}llung nach Wiederbew{\"a}sserung der Pflanzen direkt beobachtet werden. Bei der weiteren systematischen Untersuchung zu Kavitationen gelang es auch, die bislang unbekannte Geschwindigkeit zu bestimmen (Gr{\"o}ßenordnung 1mm/min) mit der die kavitierten Bereiche von unten mit einer neuen Wassers{\"a}ule gef{\"u}llt werden. Außerdem konnte mit Hilfe von Flussgeschwindigkeitskarten nachgewiesen werden, dass Gef{\"a}ße mit Kavitationen nach der Wiederbef{\"u}llung ihre volle Funktionalit{\"a}t wiedererlangen k{\"o}nnen. Aus solchen Flusskarten konnte auch der Volumenfluss berechnet und z.B. mit der Transpirationsrate verglichen werden. Die gemessenen T1- und Spindichtekarten bieten viele Hinweise auf die Funktion der unterschiedlichen Gewebetypen der Wurzel w{\"a}hrend des Trockenstresses und bei der Wiederbef{\"u}llung. Insbesondere T1 erwies sich als aussagekr{\"a}ftiger Parameter f{\"u}r die Beurteilung von aufgetretenen Gewebesch{\"a}den. Als Grundlage f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien wurden verschiedene Messungen mit Kontrastmittel im Umgebungsmedium der Wurzeln durchgef{\"u}hrt, sowie eine 3D-Turbospinechosequenz implementiert, mit der auch die interne Struktur der Wurzeln und ihrer Verzweigungen dargestellt werden konnte.},
  subject      = {Magnetresonanzmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kampf2018,
  author    = {Kampf, Thomas},
  title     = {Quantifizierung myokardialer Mikrostruktur und Perfusion mittels longitudinaler NMR Relaxation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-174261},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Ziel der Arbeit war es die Quantifizierung funktioneller bzw. mikrostruktureller Parameter des Herzmuskels mit Hilfe T1-basierter Methoden zu verbessern. Diese Methoden basieren darauf, die gew{\"u}nschte Information durch eine geeignete Pr{\"a}paration der Magnetisierung bzw. durch die Gabe von Kontrastmittel in den Zeitverlauf der longitudinalen Relaxation zu kodieren. Aus der {\"A}nderung der Relaxationszeit l{\"a}ßt sich dann die gew{\"u}nschte Information bestimmen. Daf{\"u}r sollte sowohl der Einfluß der Anatomie als auch derjenige der Meßmethodik auf die Bestimmung der longitudinalen Relaxationszeit und damit auf die Quantifizierung der Funktion bzw. Mikrostrukturparameter untersucht werden. Speziell der Einfluß der Bildgebungssequenz f{\"u}hrt dazu, daß nur eine scheinbare Relaxationszeit gemessen wird. W{\"a}hrend dies keinen Einfluß auf die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter hatte, ergab sich f{\"u}r die Perfusionsquantifizierung eine deutliche Abh{\"a}ngigkeit von den Parametern der verwendeten IRLL-Sequenz. Um diesen Einfluß gerecht zu werden, wurden an die Meßmethodik angepaßte Gleichungen zur Bestimmung der Perfusion gefunden mit denen die systematischen Abweichungen korrigiert werden k{\"o}nnen. Zus{\"a}tzlich reduzieren die angepaßten Gleichungen die Anforderungen bez{\"u}glich der Inversionsqualit{\"a}t im schichtselektiven Experiment. Dies wurde in einem weiteren Projekt bei der Bestimmung der Nierenperfusion im Mausmodell ausgenutzt. Neben der Untersuchung der Auswirkungen der Meßmethode wurde auch der Einfluß der anatomischen Besonderheiten des Blutkreislaufs am Herzen auf die Parameterquantifizierung mittels T1-basierter Methoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß auf Grund der Anatomie des Herzens bei typischen Orientierungen der Bildgebungsschicht, auch bei der schichtselektiven Inversionspr{\"a}paration der Magnetisierung des Herzmuskels ein Anteil des Blutpools invertiert wird. Daraus folgt, daß die vereinfachende Annahme, nach welcher bei schichtselektiver Pr{\"a}paration in Folge von Perfusion nur Blut mit Gleichgewichtsmagnetisierung den Herzmuskel erreicht, nicht erf{\"u}llt ist. Es konnte gezeigt werden, daß dies bei Perfusion zu einer deutlichen Untersch{\"a}tzung der berechneten Perfusionswertes f{\"u}hrt. Um mit diesem Problem umgehen zu k{\"o}nnen, wurde aufbauend auf einem vereinfachten Modell der zeitlichen Entwicklung der Blutmagnetisierung eine Korrektur f{\"u}r die Bestimmung der Perfusionswerte gefunden welche den Einfluß der anatomischen Besonderheiten ber{\"u}cksichtigt. Das f{\"u}r die Perfusionskorrektur eingef{\"u}hrte Model prognostiziert ebenso, daß auch bei schichtselektiver Inversion die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter von der Perfusion abh{\"a}ngig wird und eine systematische {\"U}bersch{\"a}tzung der quantifizierten Werte verursacht. Da die Perfusion im Kleintier deutlich h{\"o}her ist als im Menschen, ist dieser Einfluß besonders in der pr{\"a}klinischen Forschung zu beachten. So k{\"o}nnen dort allein durch verminderte Perfusion deutliche {\"A}nderungen in den bestimmten Werten der Mikrostrukturparameter erzeugt werden, welche zu einer fehlerhaften Interpretation der Ergebnisse f{\"u}hren und somit ein falsches Bild f{\"u}r die Vorg{\"a}nge im Herzmuskel suggerieren. Dabei best{\"a}tigt der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur die Vorhersagen f{\"u}r das Rattenmodell. Beim Menschen ist der prognostizierte Effekt deutlich kleiner. Der prognostizierte Fehler bspw. im RBV-Wert liegt in diesem Fall bei etwa 10\% und wird {\"u}blicherweise in der aktuellen Forschung vernachl{\"a}ssigt. Inwieweit dies in er klinischen Forschung gerechtfertigt ist, muß in weiteren Untersuchungen gekl{\"a}rt werden. Den untersuchten Methoden zur Bestimmung von funktionellen und mikrostrukturellen Parametern ist gemein, daß sie eine exakte Quantifizierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 ben{\"o}tigen. Dabei ist im Kleintierbereich die klassische IRLL-Methode als zuverl{\"a}ssige Sequenz zur T1-Quantifizierung etabliert. In der klinischen Bildgebung werden auf Grund der unterschiedlichen Zeitskalen und anderer technischer Voraussetzungen andere Anforderungen an die Datenakquisition gestellt. Dabei hat in den letzten Jahren die MOLLI-Sequenz große Verbreitung gefunden. Sie ist eine Abwandlung der IRLL-Sequenz, bei der mit einer bSSFP-Bildgebungssequenz getriggert ganze Bilder w{\"a}hrend eines Herzschlages aufgenommen werden. Die MOLLI-Sequenz reagiert dabei empfindlich auf die Wartezeiten zwischen den einzelnen Transienten. Um mit diese Problematik in den Griff zu bekommen und gleichzeitig die Meßzeit verk{\"u}rzen zu k{\"o}nnen wurde eine neue Methode zum Fitten der Daten entwickelt, welche die Abh{\"a}ngigkeit der scheinbaren Relaxationszeit von der Wartezeit zwischen den einzelnen Transienten, sowie der mittleren Herzrate fast vollst{\"a}ndig eliminiert. Diese Methode liefert f{\"u}r das ganze klinisch Spektrum an erwarteten T1-Zeiten, vor und nach Kontrastmittelgabe, stabile Ergebnisse und erlaubte ein deutliche Verk{\"u}rzung der Meßzeit, ohne die Anzahl der aufgenommenen Meßzeitpunkte zu reduzieren. Dies wurde in einer initialen klinischen Studie genutzt, um ECV-Werte in Patienten zu bestimmen. Ein Nachteil der Verwendung der MOLLI-Sequenz ist, daß nur die scheinbare Relaxationszeit aus den Fit der Meßdaten bestimmt wird. Die standardm{\"a}ßig genutzte Korrektur benutzt aber dem gefitteten Wert der Gleichgewichtsmagnetisierung um den wahren T1-Wert zu bestimmen. Somit ist es f{\"u}r die Bestimmung des T1-Wertes notwendig, die Qualit{\"a}t der Inversionspr{\"a}paration zu kennen. Auf Basis der neuen Fitmethode wurde eine Anpassung der MOLLI-Sequenz demonstriert, welche die Bestimmung der Gleichgewichtsmagnetisierung unabh{\"a}ngig von der Qualit{\"a}t der Inversionspr{\"a}paration erlaubt. Daf{\"u}r verl{\"a}ngert sich die Meßdauer lediglich um einen Herzschlag um in geeigneter Weise ein zus{\"a}tzliches Bild aufnehmen zu k{\"o}nnen. Abschließend wurde in dieser Arbeit der Signal-Zeit-Verlauf der MOLLI-Sequenz eingehend theoretische untersucht um ein besseres Verst{\"a}ndnis der getriggerten IRLL-Sequenzen zu entwickeln. In diesem Zusammenhang konnte eine einfache Interpretation der scheinbaren Relaxationszeit gefunden werden. Ebenso konnte erkl{\"a}rt werden, warum die f{\"u}r ungetriggerte IRLL-Sequenzen abgeleitete Korrekturgleichung auch im getriggerten Fall erstaunlich gute Ergebnisse liefert. Weiterhin konnten Fehlerquellen f{\"u}r die verbleibenden Abweichungen identifiziert werden, welche als Ausgangspunkt f{\"u}r die Ableitung verbesserter Korrekturgleichungen genutzt werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Kernspintomographie},
  language  = {de}
}