@phdthesis{Hilbert2017,
  author    = {Hilbert, Fabian Michael},
  title     = {Neue Methoden und Modelle f{\"u}r die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie der Niere},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141149},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Diffusionsgewichtete MR-Bilder sind ein wichtiger Bestandteil f{\"u}r die klinische Diagnostik verschiedener Pathologien, wie z.B. bei Schlaganfall oder Tumoren. Meistens wird ein mono-exponentielles Diffusionsmodell verwendet und {\"u}ber verschiedene Raumrichtungen gemittelt. Der Einfluss von Fluss auf das diffusionsgewichtete Signal und eine m{\"o}gliche Richtungsabh{\"a}ngigkeit werden dabei vernachl{\"a}ssigt. Dabei machen Diffusionsmodelle, die mehr Eigenschaften des Signals abbilden, unter Umst{\"a}nden eine genauere Diagnostik m{\"o}glich. Mit DTI wird die Richtungsabh{\"a}ngigkeit der Diffusion erfasst und bei IVIM wird der Beitrag von Fluss zum Signal ber{\"u}cksichtigt. Die Niere ist ein stark strukturiertes Organ und weist Anisotropie in der Diffusion auf. Außerdem ist die Niere ein sehr gut durchblutetes Organ. DTI und IVIM beschreiben also unabh{\"a}ngig voneinander zwei wichtige Aspekte des diffusionsgewichteten Signals in der Niere, ohne dass der Vorteil des jeweils anderen Modells Beachtung findet. In dieser Arbeit wurde das Modell IVOF zur umfassenden Beschreibung von Diffusionssignal vorgestellt, bei dem sowohl die Richtungsabh{\"a}ngigkeit der Diffusion, als auch das Signal der fließenden Spins und deren Richtungsabh{\"a}ngigkeit abgebildet wird. Die Vorteile von DTI und IVIM werden also in IVOF vereint und dar{\"u}ber hinaus auch die m{\"o}gliche Anisotropie die Flusssignals ber{\"u}cksichtigt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Modell das diffusionsgewichtete Signal in der menschlichen Niere besser beschreibt als die herk{\"o}mmlichen Modelle (DTI und IVIM) und auch besser als eine Kombination von DTI und IVIM, bei der ein isotroper Flussanteil des Signals angenommen wird. Es wurde weiterhin gezeigt, dass selbst wenn der Flussanteil im verwendeten Diffusionsmodell ber{\"u}cksichtigt wird, der tats{\"a}chlich gemessene Flussanteil in der Niere von der Art der Messung, d.h. Bewegungsempfindlichkeit des Gradientenschemas abh{\"a}ngt. Das bedeutet, dass der mikroskopische Fluss in der Niere nicht, wie h{\"a}ufig angenommen, komplett zeitlich inkoh{\"a}rent ist. Bei Vergleichen von IVIM Studien an der Niere ist es deshalb notwendig, die Bewegungsempfindlichkeit der jeweiligen Gradientenschemata zu ber{\"u}cksichtigen. Wie groß das absolute Verh{\"a}ltnis von koh{\"a}rent zu inkoh{\"a}rent fließendem Signal ist, konnte nicht festgestellt werden. Ebenso wenig konnte die absolute Flussgeschwindigkeit bzw. die Art des Flusses (Laminare Str{\"o}mung, Pfropfenstr{\"o}mung, oder andere) ermittelt werden. TSE hat sich als vielversprechendes, artefaktfreies Verfahren f{\"u}r die Aufnahme diffusionsgewichteter Bilder der Niere gezeigt. Im Vergleich mit dem Standardverfahren EPI wurden {\"a}hnliche Werte der Parameter von DTI und IVIM gefunden. Abweichungen zwischen EPI und TSE sind vor allem durch die Unsch{\"a}rfe der TSE Bilder aufgrund von T2-Zerfall zu erkl{\"a}ren. Bis zur klinischen Anwendbarkeit diffusionsgewichteter TSE Bilder bzw. Parameterkarten sind noch einige Weiterentwicklungen der Methode n{\"o}tig. Vor allem sind sch{\"a}rfere TSE Bilder erstrebenswert und es sollten mehrere Schichten in einer klinisch vertretbaren Zeitspanne aufgenommen werden, ohne dass dabei die zul{\"a}ssigen SAR Grenzwerte {\"u}berschritten werden. Bei allen Untersuchungen in dieser Arbeit handelt es sich um Machbarkeitsstudien. Daher wurden alle Messungen nur an erwachsenen, gesunden Probanden durchgef{\"u}hrt, um zu zeigen, dass das jeweilige vorgeschlagene Modell zu den Daten passt bzw. dass die vorgeschlagene Methode prinzipiell funktioniert. Bei welchen Pathologien die hier vorgeschlagenen Methoden und Modelle einen diagnostischen Nutzen haben, muss in zuk{\"u}nftigen Studien erforscht werden. Außerdem wurden keine b- Werte zwischen 0 und 200 s/mm2 aufgenommen, bei denen fließende Spins noch signifikant zum Signal beitragen. Betrachtet man die Ergebnisse der Diffusionsbildgebung mit verschiedenen m1 in dieser Arbeit, dann ist neben dem b-Wert auch die Bewegungsempfindlichkeit m1 n{\"o}tig, um das Signal in diesem Bereich korrekt zu beschreiben. Alles in allem sollte der Beitrag von Fluss zum diffusionsgewichteten MR-Signal in der Niere immer ber{\"u}cksichtigt werden. Die vielf{\"a}ltigen Einfl{\"u}sse, die unterschiedliche Parameter auf das Signal von Mikrofluss haben, wurden in dieser Arbeit untersucht und pr{\"a}sentieren weiterhin ein spannendes Feld f{\"u}r kommende Studien. Diffusionsgewichtete TSE Sequenzen sind auch f{\"u}r die klinische Diagnostik eine potentielle Alternative zu Artefakt-anf{\"a}lligen EPI Sequenzen. Bis dahin sollten jedoch die Bildsch{\"a}rfe und Abdeckung der diffusionsgewichteten TSE Sequenz weiter verbessert werden.},
  subject      = {Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Zeller2013,
  author    = {Zeller, Mario},
  title     = {Dichtegewichtete Magnetresonanz-Bildgebung mit Multi-Echo-Sequenzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-84142},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Das Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis (SNR) stellt bei modernen Bildgebungstechniken in der Magnetresonanz-Tomographie heutzutage oftmals die entscheidende Limitation dar. Eine Verbesserung durch Modifikation der Hardware ist kostspielig und f{\"u}hrt meistens zu einer Verst{\"a}rkung anderer Probleme, wie zum Beispiel erh{\"o}hte Energiedeposition ins Gewebe. Im Gegensatz dazu ist Dichtegewichtung eine Methode, die eine SNR-Erh{\"o}hung durch Modifikation der Aufnahmetechnik erm{\"o}glicht. In der MR-Bildgebung erfolgt oftmals eine retrospektive Filterung des aufgenommenen Signalverlaufs, beispielsweise zur Artefaktreduktion. Damit einhergehend findet eine Ver{\"a}nderung der Modulationstransferfunktion (MTF) bzw. ihrer Fouriertransformierten, der r{\"a}umlichen Antwortfunktion (SRF), statt. Optimales SNR wird nach dem Matched Filter-Theorem erzielt, wenn die nachtr{\"a}gliche Filterung dem aufgenommenen Signalverlauf proportional ist. Dies steht dem Ziel der Artefaktreduktion entgegen. Bei Dichtegewichtung steht durch nicht-kartesische Abtastung des k-Raums mit der k-Raum-Dichte ein zus{\"a}tzlicher Freiheitsgrad zur Verf{\"u}gung. Dieser erm{\"o}glicht es, im Falle eines konstanten Signalverlaufs eine gew{\"u}nschte MTF ohne Filterung zu erreichen. Bei ver{\"a}nderlichem Signalverlauf kann ein SNR Matched Filter angewendet werden, dessen negative Einfl{\"u}sse auf die MTF durch Dichtegewichtung kompensiert werden. Somit erm{\"o}glicht Dichtegewichtung eine vorgegebene MTF und gleichzeitig ein optimales SNR. In der vorliegenden Arbeit wurde Dichtegewichtung erstmals bei den schnellen Multi-Echo-Sequenzen Turbo-Spin-Echo und Echoplanar-Bildgebung (EPI) angewendet. Im Gegensatz zu bisherigen Implementierungen muss hier der Signalabfall durch T2- bzw. T2*-Relaxation ber{\"u}cksichtigt werden. Dies f{\"u}hrt dazu, dass eine prospektiv berechnete dichtegewichtete Verteilung nur bei einer Relaxationszeit optimal ist. Bei Geweben mit abweichenden Relaxationszeiten k{\"o}nnen sich wie auch bei den kartesischen Varianten dieser Sequenzen {\"A}nderungen an SRF und SNR ergeben. Bei dichtegewichteter Turbo-Spin-Echo-Bildgebung des Gehirns konnte mit den gew{\"a}hlten Sequenzparametern ein SNR-Vorteil von 43 \% gegen{\"u}ber der kartesischen Variante erzielt werden. Die Akquisition wurde dabei auf die T2-Relaxationszeit von weißer Substanz optimiert. Da die meisten Gewebe im Gehirn eine {\"a}hnliche Relaxationszeit aufweisen, blieb der visuelle Gesamteindruck identisch zur kartesischen Bildgebung. Der SNR-Gewinn konnte in der dichtegewichteten Implementierung zur Messzeithalbierung genutzt werden. Dichtegewichtete EPI weist eine hohe Anf{\"a}lligkeit f{\"u}r geometrische Verzerrungen, welche durch Inhomogenit{\"a}ten des Hauptmagnetfeldes verursacht werden, auf. Die Verzerrungen konnten erfolgreich mit einer Conjugate Phase-Methode korrigiert werden. Dazu muss die r{\"a}umliche Verteilung der Feldinhomogenit{\"a}ten bekannt sein. Dazu ist zus{\"a}tzlich zur eigentlichen EPI-Aufnahme die zeitaufwendige Aufnahme einer sogenannten Fieldmap erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, welche die zur Erlangung einer Fieldmap notwendige Aufnahmedauer auf wenige Sekunden reduziert. Bei dieser Art der Fieldmap-Aufnahme m{\"u}ssen jedoch durch Atmung hervorgerufene Effekte auf die Bildphase ber{\"u}cksichtigt werden. Die Fieldmap-Genauigkeit kann durch Aufnahme unter Atempause, Mittelung oder retrospektiver Phasenkorrektur erh{\"o}ht werden. F{\"u}r die gew{\"a}hlten EPI-Sequenzparameter wurde mit Dichtegewichtung gegen{\"u}ber der kartesischen Variante ein SNR-Gewinn von 14 \% erzielt. Anhand einer funktionellen MRT (fMRI)-Fingertapping-Studie konnte demonstriert werden, dass die SNR-Steigerung auch zu einer signifikant erh{\"o}hten Aktivierungsdetektion in Teilen der Hirnareale f{\"u}hrt, die bei der Fingerbewegung involviert sind. Die Verwendung von zus{\"a}tzlicher EPI-Phasenkorrektur und iterativer Optimierung der dichtegewichteten k-Raum-Abtastung f{\"u}hrt zu weiteren Verbesserungen der dichtegewichteten Bildgebung mit Multi-Echo-Sequenzen.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}