@phdthesis{Gutberlet2011,
  author    = {Gutberlet, Marcel},
  title     = {K-Raum-Symmetrie und dichtegewichtete Bildgebung: Optimierung der Magnet-Resonanz-Bildgebung hinsichtlich Signal-zu-Rauschverh{\"a}ltnis, Abbildungsqualit{\"a}t und Messzeit},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71834},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Die Magnet-Resonanz (MR)-Bildgebung ist mit vielf{\"a}ltigen Anwendungen ein nicht mehr wegzudenkendes Instrument der klinischen Diagnostik geworden. Dennoch f{\"u}hrt die stark limitierte Messzeit h{\"a}ufig zu einer Einschr{\"a}nkung der erzielbaren r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung und Abdeckung, einer Beschr{\"a}nkung des Signal-zu-Rauschverh{\"a}ltnis (Signal-to-Noise Ratio) (SNR) sowie einer Signalkontamination durch benachbartes Gewebe. Bereits bestehende Methoden zur Reduktion der Akquisitionszeit sind die partielle Fourier (PF)-Bildgebung und die parallele Bildgebung (PPA). Diese unterscheiden sich zum einen im Schema zur Unterabtastung des k-Raums und zum anderen in der verwendeten Information zur Rekonstruktion der fehlenden k-Raum-Daten aufgrund der beschleunigten Akquisition. W{\"a}hrend in der PPA die unterschiedlichen Sensitivit{\"a}ten einer Mehrkanal-Empfangsspule zur Bildrekonstruktion verwendet werden, basiert die PF-Bildgebung auf der Annahme einer langsamen Variation der Bildphase. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde das Konzept der Virtuellen Spulendekonvolutions (Virtual Coil Deconvolution) (VIDE)-Technik vorgestellt, das das gleiche Schema der Unterabtastung des k-Raums wie die konventionelle PPA verwendet, aber anstelle der Spulensensitivit{\"a}t die Bildphase als zus{\"a}tzliche Information zur Herstellung der fehlenden Daten der beschleunigten Bildgebung verwendet. Zur Minimierung der Rekonstruktionsfehler und der Rauschverst{\"a}rkung in der VIDE-Technik wurde ein optimiertes Akquisitionsschema entwickelt. Die Kombination der PPA und PF-Bildgebung zur Beschleunigung der MR-Bildgebung wird durch das unterschiedliche Unterabtastschema erschwert. Wie Blaimer et al. in ihrer Arbeit gezeigt haben, kann das Prinzip der VIDE-Technik auf Mehrkanal-Spulen {\"u}bertragen werden, sodass mit dieser Methode die PPA und die PF-Bildgebung optimal vereint werden k{\"o}nnen. Dadurch kann die Rauschverst{\"a}rkung aufgrund der Spulengeometrie ohne zus{\"a}tzliche Messungen deutlich reduziert werden. Obwohl die Abtastung des k-Raums in der MR-Bildgebung sehr variabel gestaltet werden kann, wird bis heute nahezu ausschließlich die regelm{\"a}ßige k-Raum-Abtastung in der klinischen Bildgebung verwendet. Der Grund hierf{\"u}r liegt, neben der schnellen Rekonstruktion und der einfachen Gestaltung der Variation des Bild-Kontrasts, in der Robustheit gegen Artefakte. Allerdings f{\"u}hrt die regelm{\"a}ßige k-Raum-Abtastung zu einer hohen Signalkontamination. Die Optimierung der SRF durch nachtr{\"a}gliches Filtern f{\"u}hrt jedoch zu einem SNR-Verlust. Die dichtegewichtete (DW-) Bildgebung erm{\"o}glicht die Reduktion der Signal-Kontamination bei optimalem SNR, f{\"u}hrt aber zur einer Reduktion des effektiven Gesichtsfelds (FOV) oder einer Erh{\"o}hung der Messzeit. Letzteres kann durch eine Kombination der PPA und DW-Bildgebung umgangen werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit neuen Aufnahme- und Rekonstruktionsstrategien f{\"u}r die DW-Bildgebung, die eine Erh{\"o}hung des FOVs auch ohne Einsatz der PPA erlauben. Durch eine Limitierung der minimalen k-Raum-Abtastdichte konnte durch eine geringf{\"u}gige Reduktion des SNR-Vorteils der DW-Bildgebung gegen{\"u}ber der kartesischen, gefilterten Bildgebung eine deutliche Verringerung der Artefakte aufgrund der Unterabtastung in der DW-Bildgebung erreicht werden. Eine asymmetrische Abtastung kann unter der Voraussetzung einer homogenen Bildphase das Aliasing zus{\"a}tzlich reduzieren. Durch die Rekonstruktion der DW-Daten mit der Virtuelle Spulendekonvolution f{\"u}r die effektive DW-Bildgebung (VIDED)-Bildgebung konnten die Artefakte aufgrund der Unterabtastung eliminiert werden. In der 3d-Bildgebung konnte durch Anwendung der modifizierten DW-Bildgebung eine Steigerung des FOVs in Schichtrichtung ohne Messzeitverl{\"a}ngerung erreicht werden. Die nicht-kartesische k-Raum-Abtastung f{\"u}hrt im Fall einer Unterabtastung zu deutlich geringeren, inkoh{\"a}renten Aliasingartefakten im Vergleich zur kartesischen Abtastung. Durch ein alternierendes DW-Abtastschema wurde eine an die in der MR-Mammografie verwendete Spulengeometrie angepasste k-Raum-Abtastung entwickelt, das bei gleicher Messzeit die r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung, das SNR und das FOV erh{\"o}ht. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde die Verallgemeinerung der DW-Bildgebung auf signalgewichtete Sequenzen, d.h. Sequenzen mit Magnetisierungspr{\"a}paration (Inversion Recovery (IR), Saturation Recovery (SR)) sowie Sequenzen mit einer Relaxation w{\"a}hrend der Datenaufnahme (Multi-Gradienten-Echo, Multi-Spin-Echo) vorgestellt, was eine Steigerung der Bildqualit{\"a}t bei optimalem SNR erlaubt. Die Methode wurde auf die SR-Sequenz angewendet und deren praktischer Nutzen wurde in der Herz-Perfusions-Bildgebung gezeigt. Durch die Verwendung der in dieser Arbeit vorgestellten Technik konnte eine Reduktion der Kontamination bei einem SNR-Gewinn von 16\% im Vergleich zur konventionellen, kartesischen Abtastung bei gleicher Messzeit erreicht werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Weber2011,
  author    = {Weber, Daniel},
  title     = {Morphologische und funktionelle MRT-Infarktcharakterisierung und Entwicklung einer diffusionsgewichteten MRT-Methode},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71157},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Diffusionstensorbildgebung im Vergleich zu anderen Parametermethoden f{\"u}r die Infarktcharakterisierung Ziel dieses Teils der Arbeit war die Kl{\"a}rung der Frage, welches Potential verschiedene MR-Parametersequenzen bei der Charakterisierung eines myokardialen Infarkts sowohl im akuten als auch im chronischen Fall haben. Dazu wurde eine Studie mit akut und chronisch infarzierten Rattenherzen durchgef{\"u}hrt. Untersucht wurden die Parameter T1, T2 und T2* sowie die aus der Diffusionstensorbildgebung berechneten Parameter ADC, FA, cs, cp und cl . Es zeigte sich, dass es kein Analogon zum bei einer cerebralen Isch{\"a}mie bekannten Mismatch-Konzept gibt. Weder im akuten noch im chronischen war Fall eine ausgewiesene Differenz im diagnostizierten Infarktareal zwischen verschiedenen Sequenzen feststellbar. Alles in allem eignen sich zur detaillierten Charakterisierung der Infarktnarbe am besten eine T2*- oder eine Diffusionstensorsequenz. Die T2*-Sequenz liefert optisch das aufschlussreichere Bild, die aufwendigere Diffusionstensorsequenz dagegen bietet aufgrund der vielfachen Darstellungsm{\"o}glichkeiten im Postprocessing ein Mehr an Information und zeigt dazu eine Ver{\"a}nderung der Narbe im Zeitverlauf. Oxygenierungsmessung am M{\"a}useherz in vivo Die Charakterisierung einer Infarktnarbe kann auch {\"u}ber die Darstellung morphologischer Strukturen hinaus erfolgen. Die Oxygenierung ist ein komplexer Parameter, der funktionelle Auskunft {\"u}ber die Vaskularisierung und Viabilit{\"a}t des Gewebes geben kann. Zugang zu diesem Parameter erh{\"a}lt man {\"u}ber T2*-Messungen, da der Parameter T2* sensitiv auf chemisch gebundenen Sauerstoff reagiert. Hier wurden der Einfluss von reiner Sauerstoffatmung im Gegensatz zu normaler Raumluftatmung auf die Oxygenierung bei gesunden und infarzierten M{\"a}usen untersucht. Die Messungen wurden trotz der Schwierigkeiten, die durch die Bewegung durch Atmung und Herzschlag entstehen, in vivo bei 17,6 Tesla implementiert und durchgef{\"u}hrt. Die Aufl{\"o}sung war ausreichend, um auch nach Infarkt extrem ausged{\"u}nnte Myokardw{\"a}nde gut aufl{\"o}sen und charakterisieren zu k{\"o}nnen. Der Effekt auf das Oxygenierungslevel ist stark unterschiedlich zwischen normalen und infarzierten Herzen, woraus auf eine noch nicht weit fortgeschrittene Revaskularisierung der Narbe eine Woche nach Infarzierung geschlossen werden kann. Die Methode wurde dar{\"u}ber hinaus an einem 7,0 Tesla-Magneten zur Verwendung an Ratten implementiert und auf das im Gegensatz zur Maus ver{\"a}nderte Atmungsverhalten der Ratte angepasst. Zum einen kann dadurch der Einfluss des hohen Magnetfeldes auf die Oxygenierungsmessung untersucht werden, zum anderen ist das Herz als zu untersuchendes Objekt bei der Ratte gr{\"o}ßer. Diffusionswichtung mittels Hole-Burning Die in dieser Arbeit zur Charakterisierung des Herzens verwendete Diffusionsmethode kann im Grenzfall von kurzen T2-Relaxationszeiten an ihre Grenzen stoßen: Bei den verwendeten starken Magnetfeldern klingt das messbare Signal aufgrund der Relaxationszeit T2 oft sehr schnell ab. Daher wurde eine Methode entwickelt, die einen v{\"o}llig neuen Ansatz zur diffusionsgewichteten Bildgebung verfolgt, bei dem die Informationen {\"u}ber die Diffusion unabh{\"a}ngig von der limitierenden T2-Zeit gewonnen werden k{\"o}nnen. Die sog. Hole-Burning-Diffusionssequenz verwendet in einem Vorexperiment lediglich die Longitudinalmagnetisierung zur Diffusionswichtung. Das Signal wird dann mit einer schnellen Auslesesequenz akquiriert. Bei der Pr{\"a}paration werden zun{\"a}chst auf Subvoxel-Niveau Streifen "gebrannt", d.h. die Magnetisierung wird dort ges{\"a}ttigt. Bis zur n{\"a}chsten S{\"a}ttigung ist das Verhalten der Magnetisierung abh{\"a}ngig von der T1-Relaxation in diesem Bereich und vom Diffusionsverhalten. Durch rasches Wiederholen des selektiven Pulszugs wird schließlich eine Gleichgewichtsmagnetisierung erreicht, die von der Diffusionskonstanten D und der T1-Relaxationszeit abh{\"a}ngt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Abh{\"a}ngigkeiten verschiedener Sequenzparameter untersucht und diese mittels Simulationen optimiert. Außerdem wurde die Sequenz an einem Scanner implementiert und erste Experimente damit durchgef{\"u}hrt. Mit Hilfe von Simulationen konnten dazu Lookup-Tabellen generiert werden, mit denen in bestimmten Bereichen (insbesondere bei nicht zu kurzen T1-Relaxationszeiten) sowohl die Diffusionskonstante D als auch die T1-Relaxationszeit quantifiziert werden konnte.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ehses2011,
  author    = {Ehses, Philipp},
  title     = {Development of new Acquisition Strategies for fast Parameter Quantification in Magnetic Resonance Imaging},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72531},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Magnetic resonance imaging (MRI) is a medical imaging method that involves no ionizing radiation and can be used non-invasively. Another important - if not the most important - reason for the widespread and increasing use of MRI in clinical practice is its interesting and highly flexible image contrast, especially of biological tissue. The main disadvantages of MRI, compared to other widespread imaging modalities like computed tomography (CT), are long measurement times and the directly resulting high costs. In the first part of this work, a new technique for accelerated MRI parameter mapping using a radial IR TrueFISP sequence is presented. IR TrueFISP is a very fast method for the simultaneous quantification of proton density, the longitudinal relaxation time T1, and the transverse relaxation time T2. Chapter 2 presents speed improvements to the original IR TrueFISP method. Using a radial view-sharing technique, it was possible to obtain a full set of relaxometry data in under 6 s per slice. Furthermore, chapter 3 presents the investigation and correction of two major sources of error of the IR TrueFISP method, namely magnetization transfer and imperfect slice profiles. In the second part of this work, a new MRI thermometry method is presented that can be used in MRI-safety investigations of medical implants, e.g. cardiac pacemakers and implantable cardioverter-defibrillators (ICDs). One of the major safety risks associated with MRI examinations of pacemaker and ICD patients is RF induced heating of the pacing electrodes. The design of MRI-safe (or MRI-conditional) pacing electrodes requires elaborate testing. In a first step, many different electrode shapes, electrode positions and sequence parameters are tested in a gel phantom with its geometry and conductivity matched to a human body. The resulting temperature increase is typically observed using temperature probes that are placed at various positions in the gel phantom. An alternative to this local thermometry approach is to use MRI for the temperature measurement. Chapter 5 describes a new approach for MRI thermometry that allows MRI thermometry during RF heating caused by the MRI sequence itself. Specifically, a proton resonance frequency (PRF) shift MRI thermometry method was combined with an MR heating sequence. The method was validated in a gel phantom, with a copper wire serving as a simple model for a medical implant.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoelscher2012,
  author    = {H{\"o}lscher, Uvo Christoph},
  title     = {Relaxations-Dispersions-Bildgebung in der Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79554},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das Ziel dieser Promotion ist der Aufbau eines dreMR Setups f{\"u}r einen klinischen 1,5T Scanner, das die Relaxations-Dispersions-Bildgebung erm{\"o}glicht, und die anschließende Ergr{\"u}ndung von m{\"o}glichst vielen Anwendungsfeldern von dreMR. Zu der Aufgabe geh{\"o}rt die Bereitstellung der zugrunde liegenden Theorie, der Bau des experimentellen Setups (Offset-Spule und Stromversorgung) sowie die Programmierung der n{\"o}tigen Software. Mit dem gebauten Setup konnten zwei große Anwendungsfelder — dreMR Messungen mit und ohne Kontrastmitteln — untersucht werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wichmann2012,
  author    = {Wichmann, Tobias},
  title     = {Spulen-Arrays mit bis zu 32 Empfangselementen f{\"u}r den Einsatz an klinischen NMR-Ger{\"a}ten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79358},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden f{\"u}r spezielle Anwendungen an klinischen MR-Ger{\"a}ten optimierte Phased-Array-Spulen entwickelt. Das Ziel war, durch die Verwendung neuer Spulen entweder neue Anwendungsgebiete f{\"u}r klinische MR-Ger{\"a}te zu er{\"o}ffnen oder bei bestehenden Applikationen die Diagnosem{\"o}glichkeiten durch eine Kombination von h{\"o}herem SNR und kleineren g-Faktoren im Vergleich zu bestehenden Spulen zu verbessern. In Kapitel 3 wurde untersucht, ob es durch den Einsatz neu entwickelter, dedizierter Kleintierspulen sinnvoll m{\"o}glich ist, Untersuchungen an Kleintieren an klinischen MR-Ger{\"a}ten mit einer Feldst{\"a}rke von 1,5T durchzuf{\"u}hren. Der Einsatz dieser Spulen verspricht dem klinischen Anwender Studien an Kleintieren durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, bei denen er den gleichen Kontrast wie bei einer humanen Anwendung erh{\"a}lt und gleichzeitig Kontrastmittel sowie Sequenzen, die klinisch erprobt sind, einzusetzen. Durch die gew{\"a}hlten geometrischen Abmessungen der Spulen ist es m{\"o}glich, Zubeh{\"o}r von dedizierten Tier-MR-Ger{\"a}ten, wie z. B. Tierliegen oder EKG- bzw. Atemtriggereinheiten, zu verwenden. Durch Vorversuche an f{\"u}r Ratten dimensionierten Spulen wurden grundlegende Zusammenh{\"a}nge zwischen verwendetem Entkopplungsmechanismus und SNR bzw. Beschleunigungsf{\"a}higkeit erarbeitet. F{\"u}r Ratten wurde gezeigt, dass in akzeptablen Messzeiten von unter f{\"u}nf Minuten MR-Messungen des Abdomens in sehr guter Bildqualit{\"a}t m{\"o}glich sind. Ebenfalls gezeigt wurde die M{\"o}glichkeit durch den Einsatz von paralleler Bildgebung sowie Kontrastmitteln hochaufgel{\"o}ste Angiographien durchzuf{\"u}hren. Es stellte sich heraus, dass bei 1,5T dedizierte M{\"a}usespulen bei Raumtemperatur von den SNR-Eigenschaften am Limit des sinnvoll Machbaren sind. Trotzdem war es m{\"o}glich, auch f{\"u}r M{\"a}use ein 4-Kanal-Phased-Array zu entwickeln und den Einsatz bei kontrastmittelunterst{\"u}tzten Applikationen zu demonstrieren. Insgesamt wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von speziellen, angepassten Kleintierspulen auch Tieruntersuchungen an klinischen MR-Ger{\"a}ten mit niedriger Feldst{\"a}rke durchf{\"u}hrbar sind. Obwohl sich die Bestimmung der Herzfunktion an MR-Ger{\"a}ten im klinischen Alltag zum Goldstandard entwickelt hat, ist die MR-Messung durch lange Atemanhaltezyklen f{\"u}r einen Herzpatienten sehr m{\"u}hsam. In Kapitel 4 wurde deswegen die Entwicklung einer 32-Kanal-Herzspule beschrieben, welche den Komfort f{\"u}r Patienten deutlich erh{\"o}hen kann. Schon mit einem ersten Prototypen f{\"u}r 3T war es m{\"o}glich, erstmals Echtzeitbildgebung mit leicht reduzierter zeitlicher Aufl{\"o}sung durchzuf{\"u}hren und damit auf das Atemanhalten komplett zu verzichten. Dies erm{\"o}glicht den Zugang neuer Patientengruppen, z. B. mit Arrythmien, zu MR-Untersuchungen. Durch eine weitere Optimierung des Designs wurde das SNR sowie das Beschleunigungsverm{\"o}gen signifikant gesteigert. Bei einem Beschleunigungsfaktor R = 5 in einer Richtung erh{\"a}lt man z. B. gemittelt {\"u}ber das gesamte Herz ein ca. 60 \% gesteigertes SNR zu dem Prototypen. Die Kombination dieser Spule zusammen mit neuentwicklelten Methoden wie z. B. Compressed- Sensing stellt es in Aussicht, die Herzfunktion zuk{\"u}nftig in der klinischen Routine in Echtzeit quantifizieren zu k{\"o}nnen. In Kapitel 5 wurde die Entwicklung einer optimierten Brustspulen f{\"u}r 3T beschrieben. Bei Vorversuchen bei 1,5T wurden Vergleiche zwischen der Standardspule der Firma Siemens Healthcare und einem 16-Kanal-Prototypen durchgef{\"u}hrt. Trotz gr{\"o}ßerem Spulenvolumen zeigt die Neuentwicklung sowohl hinsichtlich SNR als auch paralleler Bildgebungseigenschaften eine signifikante Verbesserung gegen{\"u}ber der Standardspule. Durch die Einhaltung aller Kriterien f{\"u}r Medizinprodukte kann diese Spule auch f{\"u}r den klinischen Einsatz verwendet werden. Mit den verbesserten Eigenschaften ist es beispielsweise m{\"o}glich, bei gleicher Messdauer eine h{\"o}here Aufl{\"o}sung zu erreichen. Aufgrund des intrinsischen SNR-Vorteils der 3 T-Spule gegen{\"u}ber der 1,5 T-Spule ist es dort sogar m{\"o}glich, bei h{\"o}heren Beschleunigungsfaktoren klinisch verwertbare Schnittbilder zu erzeugen. Zusammenfassend wurden f{\"u}r alle drei Applikationen NMR-Empfangsspulen entwickelt, die im Vergleich zu den bisher verf{\"u}gbaren Spulen, hinsichtlich SNR und Beschleunigungsverm{\"o}gen optimiert sind und dem Anwender neue M{\"o}glichkeiten bieten.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{BasseLuesebrink2012,
  author    = {Basse-L{\"u}sebrink, Thomas Christian},
  title     = {Application of 19F MRI for in vivo detection of biological processes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77188},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {This thesis focuses on various aspects and techniques of 19F magnetic resonance (MR). The first chapters provide an overview of the basic physical properties, 19F MR and MR sequences related to this work. Chapter 5 focuses on the application of 19F MR to visualize biological processes in vivo using two different animal models. The dissimilar models underlined the wide applicability of 19F MR in preclinical research. A subsection of Chapter 6 shows the application of compressed sensing (CS) to 19F turbo-spin-echo chemical shift imaging (TSE-CSI), which leads to reduced measurement time. CS, however, can only be successfully applied when a sufficient signal-to-noise ratio (SNR) is available. When the SNR is low, so-called spike artifacts occur with the CS algorithm used in the present work. However, it was shown in an additional subsection that these artifacts can be reduced using a CS-based post processing algorithm. Thus, CS might help overcome limitations with time consuming 19F CSI experiments. Chapter 7 deals with a novel technique to quantify the B+1 profile of an MR coil. It was shown that, using a specific application scheme of off resonant pulses, Bloch-Siegert (BS)-based B+1 mapping can be enabled using a Carr Purcell Meiboom Gill (CPMG)-based TSE sequence. A fast acquisition of the data necessary for B+1 mapping was thus enabled. In the future, the application of BS-CPMG-TSE B+1 mapping to improve quantification using 19F MR could therefore be possible.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@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{Schmitt2013,
  author    = {Schmitt, Peter},
  title     = {MR imaging of tumors: Approaches for functional and fast morphological characterization},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-135967},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {The subject of this work was to develop, implement, optimize and apply methods for quantitative MR imaging of tumors. In the context of functional and physiological characterization, this implied transferring techniques established in tumor model research to human subjects and assessing their feasibility for use in patients. In the context of the morphologic assessment and parameter imaging of tumors, novel concepts and techniques were developed, which facilitated the simultaneous quantification of multiple MR parameters, the generation of "synthetic" MR images with various contrasts, and the fast single-shot acquisition of purely T2-weighted images.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@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{Choli2013,
  author    = {Choli, Morwan},
  title     = {Hybridmethoden zur Reduzierung der spezifischen Absorptionsrate f{\"u}r neuroradiologische MRT-Untersuchungen an Hochfeldsystemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-100023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die klinische Magnetresonanztomografie (MRT) operiert meist bei einer Magnetfeldst{\"a}rke von 1,5 Tesla (T). Es halten jedoch immer mehr 3T MRT-Systeme Einzug im klinischen Alltag und seit kurzem auch 7T Ganzk{\"o}rper-MRT-Systeme in die Grundlagenforschung. H{\"o}here Magnetfeldst{\"a}rken f{\"u}hren grunds{\"a}tzlich zum einem verbesserten Signal-zu-Rausch- Verh{\"a}ltnis, welches sich gewinnbringend in eine erh{\"o}hte Ortsaufl{\"o}sung oder schnellere Bildaufnahme {\"a}ußert. Ein Nachteil ist aber die dabei im Patienten deponierte Hochfrequenz-Energie (HF-Energie), welche quadratisch mit ansteigender Feldst{\"a}rke zusammenh{\"a}ngt. Charakterisiert wird diese durch die spezifische Absorptionsrate (SAR) und ist durch vorgegebene gesetzliche Grenzwerte beschr{\"a}nkt. Moderne, SAR-intensive MRT-Techniken (z.B. Multispinecho-Verfahren) sind bereits bei 1,5T nahe den zul{\"a}ssigen SAR-Grenzwerten und somit nicht unver{\"a}ndert auf Hochfeld-Systeme {\"u}bertragbar. In dieser Arbeit soll das Potential modularer Hybrid-MRT-Techniken genutzt werden, um das SAR bei besonders SAR-intensiven MRT-Verfahren ohne signifikante Einbußen in der Bildqualit{\"a}t erheblich zu verringern. Die Hybrid-Techniken sollen in Verbindung mit zus{\"a}tzlichen Methoden der SAR-Reduzierung den breiteren Einsatz SAR-intensiver MRT-Techniken an hohen Magnetfeldern erm{\"o}glichen. Ziel dieser Arbeit ist es, routinef{\"a}hige und SAR-reduzierte MRT-Standard-Protokolle f{\"u}r neuroanatomische Humanuntersuchungen mit r{\"a}umlicher H{\"o}chstaufl{\"o}sung bei Magnetfeldern von 3T und 7T zu etablieren.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}