TY - JOUR A1 - Stich, Manuel A1 - Pfaff, Christiane A1 - Wech, Tobias A1 - Slawig, Anne A1 - Ruyters, Gudrun A1 - Dewdney, Andrew A1 - Ringler, Ralf A1 - Köstler, Herbert T1 - The temperature dependence of gradient system response characteristics JF - Magnetic Resonance in Medicine N2 - Purpose: The gradient system transfer function (GSTF) characterizes the frequency transfer behavior of a dynamic gradient system and can be used to correct non‐Cartesian k‐space trajectories. This study analyzes the impact of the gradient coil temperature of a 3T scanner on the GSTF. Methods: GSTF self‐ and B\(_0\)‐cross‐terms were acquired for a 3T Siemens scanner (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany) using a phantom‐based measurement technique. The GSTF terms were measured for various temperature states up to 45°C. The gradient coil temperatures were measured continuously utilizing 12 temperature sensors which are integrated by the vendor. Different modeling approaches were applied and compared. Results: The self‐terms depend linearly on temperature, whereas the B0‐cross‐term does not. Effects induced by thermal variation are negligible for the phase response. The self‐terms are best represented by a linear model including the three gradient coil sensors that showed the maximum temperature dependence for the three axes. The use of time derivatives of the temperature did not lead to an improvement of the model. The B\(_0\)‐cross‐terms can be modeled by a convolution model which considers coil‐specific heat transportation. Conclusion: The temperature dependency of the GSTF was analyzed for a 3T Siemens scanner. The self‐ and B0‐cross‐terms can be modeled using a linear and convolution modeling approach based on the three main temperature sensor elements. KW - gradient impulse response function KW - gradient system respose KW - gradient system trasfer function KW - temperature dependency KW - thermal variation Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206212 VL - 83 ER - TY - THES A1 - Stich, Manuel T1 - Kompatibilität in der medizinischen Bildgebung: Beeinflussung von Gradientenfeldern durch das Magnetsystem und Beeinflussung elektronischer Bauteile durch ionisierende Strahlung T1 - Compatibility in Medical Imaging: Influence of the magnet system to the gradient fields and Influence of ionizing radiation to electronic components N2 - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Kompatibilität in der medizinischen Bildgebung unter zwei verschiedenen Aspekten: (A) Beeinflussung von Gradientenfeldern durch das Magnetsystem eines Magnetresonanztomographen. (B) Beeinflussung elektronischer Bauteile durch ionisierende Strahlung. Imperfektionen in der Gradientenhardware (7–13) führen dazu, dass nicht die ideale zeitliche Gradientenform ausgespielt wird, sondern eine verzerrte Version der Gradienten (6,14). In der nicht-kartesischen Bildgebung führen diese resultierenden Abweichungen in den k-Raum Trajektorien zu Bildartefakten, die sich negativ auf die Diagnosestellung auswirken können. Die linearen und zeitinvarianten Eigenschaften des Gradientensystems ermöglichen die Bestimmung der Übertragungsfunktion (GSTF) (20). Diese Übertragungsfunktion kann innerhalb der Bildrekonstruktion zur Trajektorienkorrektur verwendet werden (14,15,70). In dieser Arbeit wurden mit der Feldkamera (Skope Magnetic Resonance Technologies, Zürich, Schweiz) (22,23) und der schichtselektiven Phantommethode (5,6) zwei etablierte GSTF-Messverfahren verglichen. Dabei wurde die Notwendigkeit einer Abtastzeitkompensation festgestellt, um die GSTF-Informationen entsprechend der gewählten Abtastzeit zu korrigieren (s. Abbildung 16) und die Trajektorien hinreichend zu korrigieren und damit Bildartefakte zu reduzieren. Die Langzeit- und Temperaturanalyse der GSTF zeigte für zwei verschiedene Siemens-Tomographen (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany) eine Langzeit und Temperaturstabilität, auch bei extensiven Duty-Cyclen. Damit lässt sich auch einfach eine Pre-emphasis-Korrektur der Gradienten realisieren, was exemplarisch mit einer Zig-Zag- und einer Spiral-Sequenz gezeigt werden konnte. Die GSTF-Pre-emphasis-Korrektur lieferte dabei ähnliche Ergebnisse wie die GSTF-Post-Processing-Technik (s. Abbildung 44 und 47). In Bezug auf die Kompatibilität in der medizinischen Bildgebung wurde in dieser Arbeit auch die Beeinflussung von medizinischen Implantaten durch ionisierende Strahlung untersucht. Herzschrittmacher, Kardioverter-Defibrillatoren oder andere aktive medizini- sche Implantate können in ihrer Funktion durch ionisierende Strahlung, die bei verschiedenen diagnostischen und therapeutischen Anwendungen appliziert wird, beeinträchtigt werden (28,97,111). In dieser Studie wurden verschiedene elektronische Bauteile, wie Kondensatoren, Transistoren, Batterien und Speicherkarten in einer gewebeäquivalenten Messumgebung bestrahlt und dabei auf ihre Funktionalität überprüft. Die Messumgebung simuliert dabei die Wechselwirkungseigenschaften von menschlichem Gewebe mit ionisierender Strahlung in einem Energiebereich von 10 keV – 6 MeV. Zudem ermöglicht sie mit der Einschubeinheit die Integration von Implantaten/elektronischen Bauteilen, sowie eine realistische Bestrahlungsplanung und Dosisverifikation (35,77). Bei den Kondensatoren zeigten sich während der Bestrahlung ein verändertes Funktionsverhalten, mit signifikant abweichenden Spannungen und Zeitkonstanten gegenüber dem unbestrahlten Zustand. Auch die Batterien haben sich während der Bestrahlung signifikant schneller entladen, als ohne Strahlungsapplikation. Nach der Bestrahlung konnten bei den untersuchten SD-Speicherkarten auch Veränderungen in den Speicherzellen festgestellt werden. Bei den Transistoren war aufgrund von Fehlern im Messsetup und dem Schaltungsdesign keine genauere teststatistische Auswertung möglich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich charakteristische Kenngrößen der untersuchten Bauteile bei Strahlungsapplikation signifikant veränderten. N2 - This work reports on the compatibility in medical imaging in two different aspects: (A) Influence of gradient fields by the magnetic system of a magnetic resonance tomograph. (B) Influence of electronic components by ionizing radiation. Imperfections in the gradient hardware (7–13) cause that not the ideal temporal gradient waveform is played out, but a distorted version of the gradient (6,14). In non-Cartesian imaging, the resulting deviations in the k-space trajectories lead to image artifacts that can adversely affect medical diagnosis. The linear and time-invariant properties of the gradient system enable the determination of the transfer function (GSTF) (20). This transfer function can be used for trajectory correction during image reconstruction (14,15,70). In this work, two established GSTF measuring methods were compared: the field camera (Skope Magnetic Resonance Technologies, Zurich, Switzerland) (22,23) and the sliceselective phantom method (10,43). The need for a dwell time compensation was determined to correct the GSTF information according to the selected sampling time (see Figure 18) and to correct the trajectories sufficiently to finally diminish image artifacts properly. The long-term and temperature analysis of the GSTF showed a long-term and temperature stability for two different Siemens scanners (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany), even at extensive duty cycles. These characteristics are important to realize a pre-emphasis correction of the gradients, which could be demonstrated exemplarily with a Zig-Zag and a spiral sequence. The pre-emphasis correction provided similar results as the GSTF post-processing technique (see Figures 44 and 47). According to the compatibility in medical imaging, the influence of ionizing radiation on medical implants was also examined in this study. Pacemakers, cardioverter-defibrillators or other active medical implants may be impaired in their function by ionizing radiation which is applied in various diagnostic and therapeutic applications (28,97,111). In this work, various electronic components such as capacitors, transistors, batteries and memory cards were irradiated in a tissue-equivalent measurement environment and their functionality was analyzed. The measurement environment simulates the interaction of human tissue with ionizing radiation in an energy range of 10 keV - 6 MeV. It also enables the integration of implants/electronic components using a plug-in unit, as well as realistic treatment planning and dose verification procedures (35,77). The capacitors showed changes in functional behavior during irradiation, with significantly deviating voltages and time constants. The batteries also discharged significantly faster during irradiation than without. After irradiation, changes in the memory could also be detected for the examined memory cards. For the transistors, no clear result could be derived due to errors in the measurement setup. In summary, characteristic parameters of the examined components showed significant changes with the application of radiation. KW - Magnetresonanztomographie KW - Bildartefakte KW - Nicht-kartesische Bildgebung KW - Wirbelströme KW - Aktive Implantate KW - Herzschrittmacher KW - Ionisierende Strahlung KW - Funktionsausfälle Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203474 ER - TY - JOUR A1 - Richter, Julian A. J. A1 - Wech, Tobias A1 - Weng, Andreas M. A1 - Stich, Manuel A1 - Weick, Stefan A1 - Breuer, Kathrin A1 - Bley, Thorsten A. A1 - Köstler, Herbert T1 - Free‐breathing self‐gated 4D lung MRI using wave‐CAIPI JF - Magnetic Resonance in Medicine N2 - Purpose The aim of this study was to compare the wave‐CAIPI (controlled aliasing in parallel imaging) trajectory to the Cartesian sampling for accelerated free‐breathing 4D lung MRI. Methods The wave‐CAIPI k‐space trajectory was implemented in a respiratory self‐gated 3D spoiled gradient echo pulse sequence. Trajectory correction applying the gradient system transfer function was used, and images were reconstructed using an iterative conjugate gradient SENSE (CG SENSE) algorithm. Five healthy volunteers and one patient with squamous cell carcinoma in the lung were examined on a clinical 3T scanner, using both sampling schemes. For quantitative comparison of wave‐CAIPI and standard Cartesian imaging, the normalized mutual information and the RMS error between retrospectively accelerated acquisitions and their respective references were calculated. The SNR ratios were investigated in a phantom study. Results The obtained normalized mutual information values indicate a lower information loss due to acceleration for the wave‐CAIPI approach. Average normalized mutual information values of the wave‐CAIPI acquisitions were 10% higher, compared with Cartesian sampling. Furthermore, the RMS error of the wave‐CAIPI technique was lower by 19% and the SNR was higher by 14%. Especially for short acquisition times (down to 1 minute), the undersampled Cartesian images showed an increased artifact level, compared with wave‐CAIPI. Conclusion The application of the wave‐CAIPI technique to 4D lung MRI reduces undersampling artifacts, in comparison to a Cartesian acquisition of the same scan time. The benefit of wave‐CAIPI sampling can therefore be traded for shorter examinations, or enhancing image quality of undersampled 4D lung acquisitions, keeping the scan time constant. KW - free‐breathing KW - lung KW - self‐gated KW - wave‐CAIPI Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218075 VL - 84 IS - 6 SP - 3223 EP - 3233 ER -