@phdthesis{Ratz2016,
  author    = {Ratz, Valentin},
  title     = {Entwicklung einer funktionellen 3D Magnetresonanz-Def{\"a}kographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-139762},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Epidemiologische Studien sch{\"a}tzen die Inzidenz chronischer Obstipation auf bis zu 27\% der Gesamtbev{\"o}lkerung. Betroffenen Patienten ist die Stuhlentleerung nicht oder nur unter großer Anstrengung und nicht selten nur unter Zuhilfenahme der Hand m{\"o}glich. H{\"a}ufig sind funktionelle Pathologien, welche sich nur w{\"a}hrend der Def{\"a}kation ausbilden, hierf{\"u}r verantwortlich. Daher ist f{\"u}r die Diagnose und Evaluation dieser Pathologien ein bildgebendes Verfahren notwendig, welches die dynamische Darstellung der Def{\"a}kation erm{\"o}glicht. Der Goldstandard zur Untersuchung von Patienten mit funktionellen Beckenbodenst{\"o}rungen ist die Entero-Colpo-Cysto-Def{\"a}kographie (ECCD). Diese Durchleuchtungsmethode erfordert die Applikation ionisierender Strahlung im Bereich des Beckens. Außerdem m{\"u}ssen f{\"u}r die Untersuchung Rektum und Vagina mit bariumhaltigem Kontrastmittel, der D{\"u}nndarm mit barium- und iodhaltigem Kontrastmittel und zus{\"a}tzlich die Blase mit iodhaltigem Kontrastmittel gef{\"u}llt werden. Bei der MR-Def{\"a}kographie hingegen ist keine ionisierende Strahlung notwendig und nur eine rektale F{\"u}llung mit Ultraschallgel als Kontrastmittel erforderlich. Zudem erm{\"o}glichen statische Aufnahmen aufgrund des hohen Weichteilkontrasts der MR-Bildgebung eine detaillierte Darstellung des gesamten Beckenbodens. Die MR-Bildgebung ist jedoch im Vergleich zu anderen Bildgebungsmodalit{\"a}ten, wie beispielsweise der radiographischen Durchleuchtung, langsam. Besonders zur Darstellung dynamischer Prozesse ist daher eine starke Beschleunigung des Akquisitionsprozesses notwendig. Bei der Standard 2D MR-Def{\"a}kographie wird f{\"u}r die Beschleunigung der Datenakquisition eine regelm{\"a}ßige zweifache Unterabtastung des k-Raums vorgenommen. Hierdurch lassen sich aber nur drei r{\"a}umlich voneinander getrennte 68 2D Schichten mit einer zeitlichen Aktualisierungsrate der drei Schichten von ca. 1s akquirieren. Dadurch ist aber besonders die Diagnose lateral lokalisierter Pathologien eingeschr{\"a}nkt oder gar nicht m{\"o}glich. Daher wurde in dieser Arbeit eine 3D MR-Def{\"a}kographie zur dynamischen Darstellung der Def{\"a}kation innerhalb eines vollst{\"a}ndigen 3D Volumens entwickelt, implementiert und anhand von 9 Patientenmessungen optimiert. Die letzten 4 Patienten wurden mit den optimierten Sequenzparametern untersucht. Ausgehend von der kartesischen Datenakquisition der bestehenden 2D MRDef{\"a}kographie wurden zun{\"a}chst dreidimensionale kartesische Trajektorien zur Datenakquisition und daf{\"u}r geeignete Algorithmen zur Datenrekonstruktion untersucht. In diesem Zusammenhang wurde ein GRAPPA Centric-Out Akquisitionsschema in Kombination mit einer GRAPPA Datenrekonstruktion vorgestellt. Es zeigte sich jedoch, dass eine Stack-of-Stars Trajektorie in Bezug auf die stabile, rauscharme, dynamische Darstellung der Def{\"a}kation, vorteilhaft gegen{\"u}ber der untersuchten kartesischen GRAPPA Centric-Out Trajektorie ist. Zur weiteren Optimierung der Messsequenz wurden daher drei radiale Stackof-Stars Akquisitionsschemata untersucht: Das Standard Stack-of-Stars Schema sowie zwei mit View-Sharing und zwei unterschiedlichen Dichtegewichtungen modifizierte Stack-of-Stars Schemata (DW-Sampling 1 und DW-Sampling 2). Das View-Sharing erm{\"o}glicht durch die Umstellung der Reihenfolge der akquirierten Partitionen nahezu eine Verdopplung der rekonstruierten Zeitpunkte der dynamisch gemessenen Zeitserie. Die Dichtegewichtung bewirkt, dass in den zentralen Partitionen mehr radiale Speichen gemessen werden und damit das k-Raum Zentrum dichter abgetastet wird als in den {\"a}ußeren Partitionen. Beim Dichtegewichtungsschema DW-Sampling 2 ist der Abfall der Anzahl der innerhalb einer Partition gemessenen Speichen st{\"a}rker als beim DW-Sampling 1. Trotzdem f{\"u}hrte das mit View-Sharing und DW-Sampling 2 modifizierte Stackof-Stars Akquisitionsschema in Verbindung mit der FISTA Compressed Sensing Datenrekonstruktion zum besten Kompromiss zwischen erreichbarer r{\"a}umlicher 69 und zeitlicher Aufl{\"o}sung. Dieses optimierte Setup erm{\"o}glicht die dynamische Darstellung der Def{\"a}kation in 7 Schichten eines vollst{\"a}ndigen 3D Volumens mit einer Volumenaktualisierungsrate von 1,3s. Im Vergleich zur standardm{\"a}ßig durchgef{\"u}hrten 2D MR-Def{\"a}kographie ist daher eine mehr als doppelt so große Abdeckung mit einer vergleichbaren zeitlichen Aktualisierungsrate und einer etwas geringeren r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung gew{\"a}hrleistet. Hierdurch lassen sich zus{\"a}tzlich zu den gew{\"o}hnlichen zentral gelegenen Pathologien auch lateral ausgepr{\"a}gte Pathologien besser abdecken und diagnostizieren.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  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}
}