@phdthesis{Gensler2014,
  author    = {Gensler, Daniel},
  title     = {Entwicklung klinischer Methoden zur Quantifizierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 in der MRT},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-126582},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die Aufgabenstellung in der vorliegenden Arbeit bestand in der Entwicklung und Umsetzung neuer T1-Quantifizierungsverfahren, die zuverl{\"a}ssig in der klinischen Routine angewendet werden k{\"o}nnen. Die ausgearbeiteten Techniken umfassten dabei zwei Hauptarbeitsschwerpunkte. Zum einen die Implementierung einer neuartigen dynamischen T1- Thermometriemethode f{\"u}r MR-Sicherheitsuntersuchungen medizinischer Ger{\"a}te und Implantate, wie beispielsweise Kathetern oder Herzschrittmachern, und zum anderen die Entwicklung eines robusten kardialen T1-Mapping-Verfahrens, welches auch bei st{\"a}rker erkrankten Patienten mit eingeschr{\"a}nkter Atemanhaltef{\"a}higkeit stabil anwendbar ist. Mit der entwickelten kombinierten Heiz- und T1-Thermometriesequenz konnte ein neues Verfahren pr{\"a}sentiert werden, mit dem ein zu untersuchendes medizinisches Ger{\"a}t oder Implantat kontrolliert erw{\"a}rmt und die Temperatur{\"a}nderung zeitgleich pr{\"a}zise erfasst werden kann. Dabei war es m{\"o}glich, die HF-induzierte Erw{\"a}rmung der metallischen Beispielimplantate sowohl in homogenem Gel als auch in inhomogenem Muskelgewebe exakt und ortsaufgel{\"o}st zu quantifizieren. Die MR-technisch errechneten Temperaturwerte zeigten dabei eine sehr gute {\"U}bereinstimmung zu den ermittelten Referenzwerten mit einer Temperaturabweichung von meist weniger als 1K. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit der pr{\"a}sentierten Methode m{\"o}glich ist, die r{\"a}umliche Temperaturverteilung in einem großen Bereich mit einer einzigen Messung quantitativ zu erfassen. Dies ist neben der Nichtinvasivit{\"a}t der Methode der gr{\"o}ßte Vorteil im Vergleich zu der Einzelpunktmessung mittels eines bei solchen Messungen sonst zumeist verwendeten fluoroptischen Temperatursensors. Bei gestreckten Implantaten kann demnach idealerweise das gesamte Objekt w{\"a}hrend einer einzigen Messung auf potentielle Temperatur{\"a}nderungen oder sogenannte Hotspots untersucht werden, was bei der Verwendung von Temperatursensoren lediglich mit großem Zeitaufwand m{\"o}glich ist, da hier die Temperatur jeweils nur punktuell erfasst werden kann. Im Vergleich zu anderen publizierten MR-Thermometrieverfahren, welche auf der PRF-Technik basieren, bietet die hier pr{\"a}sentierte Methode vor allem den Vorteil, dass hiermit auch eine pr{\"a}zise Temperaturquantifizierung in inhomogenem biologischem Gewebe mit starken Suszeptibilit{\"a}tsunterschieden wie beispielsweise zwischen Herz und Lunge m{\"o}glich ist. Somit stellt die Methode ein leistungsstarkes Hilfsmittel f{\"u}r nicht-invasive MR-Sicherheitsuntersuchungen nicht nur an medizinischen Implantaten sondern beispielsweise auch f{\"u}r MR-gef{\"u}hrte Interventionen dar. Mit der entwickelten kardialen T1-Mapping-Sequenz TRASSI wurde eine leistungsstarke Methode zur exakten und hoch aufgel{\"o}sten Generierung kardialer T1-Karten in {\"a}ußerst kurzer Messzeit (< 6 s) vorgestellt. Durch ihre außerordentliche Robustheit sowohl gegen{\"u}ber Bildartefakten als auch Herzrhythmusst{\"o}rungen w{\"a}hrend der Datenakquisition bietet die Sequenz deutlich verbesserte M{\"o}glichkeiten f{\"u}r die Diagnostik verschiedener Herzerkrankungen. Aufgrund der sehr kurzen Akquisitionszeit wird insbesondere auch die Generierung von T1-Karten bei schwer erkrankten Patienten mit kurzer Atemanhaltef{\"a}higkeit erm{\"o}glicht. Im Vergleich zu derzeit {\"u}blicherweise verwendeten alternativen Verfahren wie etwa MOLLI, konnten die T1-Karten mit vergleichbarer Bildaufl{\"o}sung in bis zu 70\% k{\"u}rzerer Messzeit akquiriert werden. Die Ergebnisse der durchgef{\"u}hrten Phantommessungen belegen außerdem, dass die Methode exaktere T1-Werte liefert als dies beispielsweise mit MOLLI m{\"o}glich ist. Des Weiteren weist TRASSI im Gegensatz zu MOLLI keine T1-Abh{\"a}ngigkeit von der Herzrate auf, wodurch die vorgestellte Technik besonders f{\"u}r diagnostische Studien geeignet ist, welche eine sehr hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit im Zeitverlauf oder zwischen verschiedenen Patienten erfordern. Mit TRASSI konnten die Strukturen des Herzens bei den durchgef{\"u}hrten in vivo Untersuchungen durchweg mit scharfen Kanten und ohne Bewegungsartefakte dargestellt werden. Dabei wurde unabh{\"a}ngig von der Herzrate und der Bildebene stets eine sehr gute Bildqualit{\"a}t erreicht. Der Hauptgrund hierf{\"u}r ist vermutlich in der sehr kurzen Akquisitionszeit und der radialen Datenaufnahme zu sehen. Beide Verfahren reduzieren Artefakte aufgrund von Bewegungen wie beispielsweise Herzschlag und Atmung erheblich. Die aufgenommenen T1-Karten zeigen bei allen Probanden und Patienten eine gute diagnostische Bildqualit{\"a}t. So konnten auch die infarzierten Bereiche bei Patienten mit Myokardinfarkt deutlich visualisiert und quantitativ erfasst werden. Nochmals hervorzuheben ist die beobachtete besondere Robustheit der TRASSI Methode gegen{\"u}ber Artefakten beziehungsweise T1-Quantifizierungsfehlern bei Patienten mit Herzrhythmusst{\"o}rungen. Auch bei untersuchten Patienten mit starken Arrhythmien w{\"a}hrend der Bildgebung konnte eine sehr gute Bildqualit{\"a}t und Genauigkeit der errechneten T1-Karten erreicht werden. Die Ergebnisse der Extrazellularvolumen-Quantifizierung zeigen zudem, dass mittels TRASSI auch weiterf{\"u}hrende diagnostische Methoden entwickelt und angewandt werden k{\"o}nnen. Dabei konnten durch R{\"u}ckrechnung hochaufgel{\"o}ster und pr{\"a}ziser Extrazellularvolumen-Karten beispielsweise Infarktbereiche deutlich visualisiert und signifikante Unterschiede zwischen akut und chronisch infarziertem Herzmuskelgewebe nicht nur identifiziert sondern auch quantitativ charakterisiert werden. Somit ist diese Methode insbesondere f{\"u}r eine potentielle Differenzierung zwischen reversibel und irreversibel gesch{\"a}digten Herzarealen interessant. F{\"u}r die Zukunft ist es w{\"u}nschenswert, weitergehende Untersuchungen an verschiedenen spezifischen Herzerkrankungen vorzunehmen. Zu solchen Erkrankungen geh{\"o}ren beispielsweise die Herzmuskelentz{\"u}ndung (Myokarditis) oder Herzklappenerkrankungen. Diese Krankheitsbilder sind hinsichtlich einer m{\"o}glichen transienten oder permanenten Sch{\"a}digung des Herzmuskels mit den bisher verf{\"u}gbaren Verfahren nur sehr schwer oder lediglich im weit fortgeschrittenen Stadium exakt diagnostizierbar. Die vorgestellte TRASSI-Sequenz bietet hier eine gute M{\"o}glichkeit f{\"u}r eine fr{\"u}hzeitige Erkennung der Auswirkungen solcher Erkrankungen auf den Herzmuskel. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen der TRASSI-Methode zu deren Robustheit gegen{\"u}ber spezifischen Herzrhythmusst{\"o}rungen und ein umfassender Vergleich zum bereits etablierten MOLLI-Verfahren k{\"o}nnten dar{\"u}ber hinaus die Alltagstauglichkeit von TRASSI weiter spezifizieren und den Weg in die klinische Routine ebnen. Die bereits dargelegten positiven Ergebnisse des Verfahrens lassen vermuten, dass TRASSI potentiell ein sehr gutes nicht-invasives Diagnoseverfahren f{\"u}r verschiedenste Herzerkrankungen darstellt. Im Vergleich zu bereits bestehenden Techniken liegen die Vorteile der TRASSI-Methode nach den bisher vorliegenden Ergebnissen zusammenfassend vor allem in der Generierung diagnostisch verl{\"a}sslicherer T1-Werte bei gleichzeitig verringerter Messzeit, wodurch das Verfahren insbesondere auch f{\"u}r schwer erkrankte Patienten mit starken Arrhythmien und eingeschr{\"a}nkter Atemanhaltef{\"a}higkeit geeignet ist. TRASSI ist dar{\"u}ber hinaus aber auch f{\"u}r MR-Untersuchungen im Hochfeld besser geeignet als entsprechende bSSFP-basierende Verfahren wie beispielsweise MOLLI. Dies liegt vor allem daran, dass TRASSI eine Gradientenecho-basierte Bildgebungsmethode ist und somit eine niedrige spezifische Absorptionsrate aufweist. Zudem sind Gradientenecho-Sequenzen allgemein weniger empfindlich gegen{\"u}ber Suszeptibilit{\"a}tsartefakten, so dass beispielsweise metallische Implantate bei Patienten sich weniger st{\"o}rend auf die erreichbare Bildqualit{\"a}t auswirken. In der vorliegenden Arbeit wurde sowohl eine exakte T1-Thermometriesequenz als auch eine sehr schnelle und pr{\"a}zise kardiale T1-Mapping-Methode vorgestellt. F{\"u}r zuk{\"u}nftige Arbeiten ist es w{\"u}nschenswert, beide Sequenzen bzw. deren Mechanismen zu vereinen und eine Temperaturquantifizierung am Herzen praktisch durchzuf{\"u}hren. Dies w{\"a}re zum einen f{\"u}r MR-Sicherheitsuntersuchungen von Schrittmacherelektroden in vivo vorteilhaft, und zum anderen w{\"a}re hiermit eine direkte Erfolgskontrolle w{\"a}hrend einer Katheterablation realisierbar. Eine solche Ablationsbehandlung k{\"o}nnte durch eine genaue Lokalisierung des behandelten - also erhitzten - Herzareals sehr viel pr{\"a}ziser durchgef{\"u}hrt werden, wodurch auch bei komplexeren Ablationen die Behandlungserfolge erh{\"o}ht werden k{\"o}nnten. In einer ersten Ver{\"o}ffentlichung hierzu konnte bereits gezeigt werden, dass eine MR-gest{\"u}tzte Katheterablation die Heilungs- und Erfolgsaussichten des Eingriffes steigern kann. Dieses Verfahren k{\"o}nnte potentiell mit Hilfe einer Echtzeittemperatur{\"u}berwachung basierend auf dem TRASSI-Verfahren noch weiter verbessert werden. In Zusammenfassung wurden in dieser Arbeit zwei neue T1-Quantifizierungsverfahren entwickelt und vorgestellt, die voraussichtlich zuverl{\"a}ssig im klinischen Alltag angewendet werden k{\"o}nnen und neue nicht-invasive diagnostische M{\"o}glichkeiten er{\"o}ffnen. Die implementierten Sequenzen erm{\"o}glichen dabei zum einen eine exakte Temperaturquantifizierung und zum anderen ein pr{\"a}zises kardiales T1-Mapping. Beide Verfahren versprechen dabei robuste und reproduzierbare Ergebnisse und k{\"o}nnten in Zukunft den Weg in die klinische Routine finden und so bei einer fundierten Diagnostik verschiedenster Herzerkrankungen behilflich sein.},
  subject      = {Kernspintomographie},
  language  = {de}
}