Manuel Stich

• 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 AbweichungenDiese 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.…
• 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. TheThis 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.…