@phdthesis{Ott2015,
  author    = {Ott, Martin},
  title     = {Lautst{\"a}rkereduzierte Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133921},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Messungen mit Magnetresonanztomographen sind seit jeher mit hohen Lautst{\"a}rken verbunden. Deshalb wird das Ger{\"a}t im Volksmund auch als „laute R{\"o}hre" bezeichnet. Bisher wurde das Problem mit Kopfh{\"o}rern, Ohrenst{\"o}pseln und akustischer D{\"a}mmung des MRT-Scanners angegangen. Auch in der Fachliteratur wird das Problem als gegeben angesehen und es werden kaum wissenschaftliche L{\"o}sungsans{\"a}tze zur Lautst{\"a}rkereduktion beschrieben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Bildgebungs-Sequenzen f{\"u}r schwer‑optimierbare Bildkontraste und sogenannte Standard-Kontraste aus dem klinischen Umfeld hinsichtlich der Lautst{\"a}rke zu optimieren. Viele dieser Kontraste k{\"o}nnen bereits mit einfachen Algorithmen wie dem Gradientengl{\"a}ttungsalgorithmus erfolgreich in Hinblick auf die Lautst{\"a}rke optimiert werden. Allerdings existieren auch Sequenzen beziehungsweise Kontraste, die aufgrund ihrer Eigenschaften nicht von einem solchen Algorithmus profitieren k{\"o}nnen. Die Optimierungen und {\"A}nderungen sollten software-seitig erfolgen, das heißt durch {\"A}nderung der Gradientenformen und Datenakquisition. In der Arbeit wurden die grundlegenden Zusammenh{\"a}nge zwischen den verwendeten Ger{\"a}teparametern und der Lautst{\"a}rke untersucht und zudem die physikalischen Ursachen der Lautst{\"a}rkeentwicklung hergeleitet. Diese konnten anhand der Lorentz-Kr{\"a}fte quantitativ beschrieben werden. Somit konnten die Hauptursachen der Lautst{\"a}rkeentwicklung identifiziert werden. Diese sind abh{\"a}ngig von der Gradienten-Steig-Rate, aber auch von der Amplitude der Gradienten. Es konnte gezeigt werden, dass eine Minimierung dieser Gradientenparameter zu einer geringeren Lautst{\"a}rkeentwicklung f{\"u}hrt. Allerdings f{\"u}hrt diese Minimierung in den meisten F{\"a}llen auch zu einer systematischen Verlangsamung des Sequenzablaufs, was das Erreichen bestimmter Echozeiten und Bildkontraste unm{\"o}glich macht. Zu den problematischen Kontrasten bez{\"u}glich der Lautst{\"a}rkereduktion z{\"a}hlten der T1- und PD‑Kontrast einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz. Durch die Kombination von mehreren Maßnahmen, wie der Adaption der k-Raum-Akquisition, der HF-Pulse-Parameter und den Gradientenformen, war es m{\"o}glich, die Lautst{\"a}rke in Beispielmessungen um bis zu 16,8 dB(A) zu reduzieren. Wie bei der k{\"u}rzlich ver{\"o}ffentlichten Methode zur Reduktion f{\"u}r die T2‑gewichteten Kontraste, wurde dies zulasten einer Messzeitverl{\"a}ngerung von bis zu 50\% erreicht. Die Endlautst{\"a}rke betrug dabei circa 81 dB(A). Mit der Lautst{\"a}rkeoptimierung der klinisch bedeutsamen T1- und PD‑Kontraste wurde die Palette an leisen, mit der Turbo-Spin-Echo‑Sequenz erzielbaren, Standard-Kontrasten (T1, T2 und PD) nun vervollst{\"a}ndigt. In einem anderen Ansatz wurde die Anwendbarkeit des CAT-Konzepts auf die Lautst{\"a}rkereduktion untersucht. Beim CAT-Konzept wird die Messung in Einzelmessungen mit verschiedenen Parametern unterteilt. Bisher wurde dieser Ansatz zur SAR-Reduktion verwendet. Das Zentrum des k-Raums wird mit einer SAR-intensiven, kontrastgebenden Messung aufgenommen. Der verbleibende Teil des k-Raums wird mit einer SAR-reduzierten, bildstrukturrelevanten Messung aufgenommen. In dieser Arbeit wurde die {\"U}bertragung des CAT-Konzepts auf die Lautst{\"a}rkereduktion untersucht. Anstelle von SAR-intensiven und SAR‑reduzierten Messungen, wurde hier die Unterteilung in „laute" und „leise" Messungen untersucht. Dabei wurden {\"U}berlegungen angestellt, die es f{\"u}r eine Vielzahl an Messungen erm{\"o}glichen, einen großen Teil der Messung leise zu gestalten ohne die Bildqualit{\"a}t oder den Bildkontrast zu ver{\"a}ndern. In einem weiteren Schritt wurden {\"U}berlegungen f{\"u}r die Lautst{\"a}rkereduktion der lauten Messungen vorgestellt. Anschließend wurden f{\"u}r eine GRE- und TSE-Sequenz Optimierungsschritte evaluiert und die Lautst{\"a}rke gemessen. Der hinsichtlich der Lautst{\"a}rkeoptimierung herausforderndste Bildkontrast ist die diffusionsgewichtete Bildgebung. Diese besitzt eine Diffusions-Pr{\"a}paration zur Sichtbarmachung der Diffusivit{\"a}t, bei der die maximal m{\"o}gliche Gradienten-Amplitude verwendet wird. Ebenso werden nach der Pr{\"a}paration die Daten mit einem EPI‑Akquisitionsmodul mit Blip-Gradienten akquiriert, das mit einem charakteristischem „Pfeifton" einhergeht. Zum einen wurden die Gradientenformen konsequent angepasst. Zum anderen wurde eine Segmentierung der k-Raum-Akquisition in Auslese-Richtung verwendet, um die Gradienten‑Steig-Raten zu reduzieren. Auch hier konnte eine deutliche Lautst{\"a}rkereduktion von bis zu 20,0 dB(A) erzielt werden. Dies wurde zulasten einer Messzeitverl{\"a}ngerung von 27\% ‑ 34\% im Vergleich zur Standard-Sequenz erreicht. Durch eine weitere Messzeitverl{\"a}ngerung um bis zu 23\% kann die Lautst{\"a}rke um weitere 0,9 dB(A) reduziert werden. Dabei h{\"a}ngt die genaue Messzeitverl{\"a}ngerung vom verwendeten GRAPPA-Faktor und der Anzahl der Auslese-Segmente ab. Die entstandene Sequenz wurde in mehreren Kliniken erfolgreich erprobt. Bisher mussten bei MRT-Messungen stets Kompromisse zwischen „hoher Aufl{\"o}sung", „hohem SNR" und „geringer Messzeit" getroffen werden. Als Anschauung daf{\"u}r wurde das „Bermuda‑Dreieck der MRT" eingef{\"u}hrt. Da alle drei Gr{\"o}ßen sich gegenseitig ausschließen, muss stets ein Mittelweg gefunden werden. Einige der in dieser Arbeit erzielten Erfolge bei der Lautst{\"a}rkereduktion wurden auf Kosten einer verl{\"a}ngerten Messzeit erreicht. Daher ist es naheliegend, das „Bermuda-Dreieck der MRT" um die Dimension der „geringen Lautst{\"a}rke" zu einer „Bermuda-Pyramide der MRT" zu erweitern. Damit muss die Lautst{\"a}rkeentwicklung in die Mittelweg‑Findung miteinbezogen werden. Die in dieser Arbeit erzielten Lautst{\"a}rken liegen in der Gr{\"o}ßenordnung zwischen 80 ‑ 85 dB(A). Somit k{\"o}nnen Messungen bei Verwendung von Geh{\"o}rschutz angenehm f{\"u}r den Patienten durchgef{\"u}hrt werden. Durch neue Techniken der Zukunft wird es wahrscheinlich sein, h{\"o}here Aufl{\"o}sungen, h{\"o}heres SNR oder k{\"u}rzere Aufnahmedauern zu erzielen, beziehungsweise stattdessen diese in eine geringe Lautst{\"a}rke „umzuwandeln". Ebenso werden m{\"o}glicherweise auf der hardware-technischen Seite Fortschritte erzielt werden, so dass in neueren MRT-Scannergenerationen mehr Wert auf die L{\"a}rmd{\"a}mmung gelegt wird und somit der softwarebasierten Lautst{\"a}rkereduktion einen Schritt entgegen gekommen wird. Damit k{\"o}nnten zuk{\"u}nftige Patienten-Messungen g{\"a}nzlich ohne st{\"o}renden Geh{\"o}rschutz durchgef{\"u}hrt werden.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Benkert2015,
  author    = {Benkert, Thomas},
  title     = {Neue Steady-State-Techniken in der Magnetresonanztomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115381},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Die bSSFP-Sequenz kombiniert kurze Akquisitionszeiten mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis, was sie zu einer vielversprechenden Bildgebungsmethode macht. Im klinischen Alltag ist diese Technik jedoch bisher - abgesehen von vereinzelten Anwendungen - kaum etabliert. Die Hauptgr{\"u}nde hierf{\"u}r sind Signalausl{\"o}schungen in Form von Bandingartefakten sowie der erzielte T2/T1-gewichtete Mischkontrast. Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung von Methoden zur L{\"o}sung der beiden genannten Limitationen, um so eine umfassendere Verwendung von bSSFP f{\"u}r die MR-Diagnostik zu erm{\"o}glichen. Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten, die im Wesentlichen durch Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede oder Imperfektionen seitens der Scannerhardware hervorgerufen werden, {\"a}ußern sich bei der bSSFP-Bildgebung in Form von Bandingartefakten. Mit DYPR-SSFP (DYnamically Phase-cycled Radial bSSFP) wurde ein Verfahren vorgestellt, um diese Signalausl{\"o}schungen effizient zu entfernen. W{\"a}hrend f{\"u}r bereits existierende Methoden mehrere separate bSSFP-Bilder akquiriert und anschließend kombiniert werden m{\"u}ssen, ist f{\"u}r die Bandingentfernung mittels DYPR-SSFP lediglich die Aufnahme eines einzelnen Bildes notwendig. Dies wird durch die neuartige Kombination eines dynamischen Phasenzyklus mit einer radialen Trajektorie mit quasizuf{\"a}lligem Abtastschema erm{\"o}glicht. Die notwendigen Bestandteile k{\"o}nnen mit geringem Aufwand implementiert werden. Des Weiteren ist kein spezielles Rekonstruktionsschema notwendig, was die breite Anwendbarkeit des entwickelten Ansatzes erm{\"o}glicht. Konventionelle Methoden zur Entfernung von Bandingartefakten werden sowohl bez{\"u}glich ihrer Robustheit als auch bez{\"u}glich der notwendigen Messzeit {\"u}bertroffen. Um die Anwendbarkeit von DYPR-SSFP auch jenseits der gew{\"o}hnlichen Bildgebung zu demonstrieren, wurde die Methode mit der Fett-Wasser-Separation kombiniert. Basierend auf der Dixon-Technik konnten so hochaufgel{\"o}ste Fett- sowie Wasserbilder erzeugt werden. Aufgrund der Bewegungsinsensitiv{\"a}t der zugrunde liegenden radialen Trajektorie konnten die Messungen unter freier Atmung durchgef{\"u}hrt werden, ohne dass nennenswerte Beeintr{\"a}chtigungen der Bildqualit{\"a}t auftraten. Die erzielten Ergebnisse am Abdomen zeigten weder Fehlzuordnungen von Fett- und Wasserpixeln noch verbleibende Bandingartefakte. Ein Nachteil der gew{\"o}hnlichen Dixon-basierten Fett-Wasser-Separation ist es, dass mehrere separate Bilder zu verschiedenen Echozeiten ben{\"o}tigt werden. Dies f{\"u}hrt zu einer entsprechenden Verl{\"a}ngerung der zugeh{\"o}rigen Messzeit. Abhilfe schafft hier die Verwendung einer Multiecho-Sequenz. Wie gezeigt werden konnte, erm{\"o}glicht eine derartige Kombination die robuste, bandingfreie Fett-Wasser-Separation in klinisch akzeptablen Messzeiten. DYPR-SSFP erlaubt die Entfernung von Bandingartefakten selbst bei starken Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten. Dennoch ist es m{\"o}glich, dass Signalausl{\"o}schungen aufgrund des Effekts der Intravoxeldephasierung verbleiben. Dieses Problem tritt prim{\"a}r bei der Bildgebung von Implantaten oder am Ultrahochfeld auf. Als Abhilfe hierf{\"u}r wurde die Kombination von DYPR-SSFP mit der sogenannten z-Shim-Technik untersucht, was die Entfernung dieser Artefakte auf Kosten einer erh{\"o}hten Messzeit erm{\"o}glichte. Die mit DYPR-SSFP akquirierten radialen Projektionen weisen aufgrund des angewendeten dynamischen Phasenzyklus leicht verschiedene Signallevel und Phasen auf. Diese Tatsache zeigt sich durch inkoh{\"a}rente Bildartefakte, die sich jedoch durch eine Erh{\"o}hung der Projektionsanzahl effektiv reduzieren lassen. Folglich bietet es sich in diesem Kontext an, Anwendungen zu w{\"a}hlen, bei denen bereits intrinsisch eine verh{\"a}ltnism{\"a}ßig hohe Anzahl von Projektionen ben{\"o}tigt wird. Hierbei hat sich gezeigt, dass neben der hochaufgel{\"o}sten Bildgebung die Wahl einer 3D radialen Trajektorie eine aussichtsreiche Kombination darstellt. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellte 3D DYPR-SSFP-Technik erlaubte so die isotrope bandingfreie bSSFP-Bildgebung, wobei die Messzeit im Vergleich zu einer gew{\"o}hnlichen bSSFP-Akquisition konstant gehalten werden konnte. Verbleibende, durch den dynamischen Phasenzyklus hervorgerufene Artefakte konnten effektiv mit einem Rauschunterdr{\"u}ckungsalgorithmus reduziert werden. Anhand Probandenmessungen wurde gezeigt, dass 3D DYPR-SSFP einen aussichtsreichen Kandidaten f{\"u}r die Bildgebung von Hirnnerven sowie des Bewegungsapparats darstellt. W{\"a}hrend die DYPR-SSFP-Methode sowie die darauf beruhenden Weiterentwicklungen effiziente L{\"o}sungen f{\"u}r das Problem der Bandingartefakte bei der bSSFP-Bildgebung darstellen, adressiert die vorgestellte RA-TOSSI-Technik (RAdial T-One sensitive and insensitive Steady-State Imaging) das Problem des bSSFP-Mischkontrasts. Die M{\"o}glichkeit der Generierung von T2-Kontrasten basierend auf der bSSFP-Sequenz konnte bereits in vorausgehenden Arbeiten gezeigt werden. Hierbei wurde die Tatsache ausgenutzt, dass der T1-Anteil des Signalverlaufs nach Beginn einer bSSFP-Akquisition durch das Einf{\"u}gen von Inversionspulsen in ungleichm{\"a}ßigen Abst{\"a}nden aufgehoben werden kann. Ein so akquiriertes Bild weist folglich einen reinen, klinisch relevanten T2-Kontrast auf. Die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Methode basiert auf dem gleichen Prinzip, jedoch wurde anstelle einer gew{\"o}hnlichen kartesischen Trajektorie eine radiale Trajektorie in Kombination mit einer KWIC-Filter-Rekonstruktion verwendet. Somit k{\"o}nnen bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Bildqualit{\"a}t aus einem einzelnen, mit RA-TOSSI akquirierten Datensatz verschiedene T2-Wichtungen als auch gew{\"o}hnliche T2/T1-Wichtungen generiert werden. Mittels Variation der Anzahl der eingef{\"u}gten Inversionspulse konnte ferner gezeigt werden, dass es neben den besagten Wichtungen m{\"o}glich ist, zus{\"a}tzliche Kontraste zu generieren, bei denen verschiedene Substanzen im Bild ausgel{\"o}scht sind. Diese Substanzen k{\"o}nnen am Beispiel der Gehirnbildgebung Fett, graue Masse, weiße Masse oder CSF umfassen und zeichnen sich neben den reinen T2-Kontrasten durch eine {\"a}hnlich hohe klinische Relevanz aus. Die m{\"o}gliche Bedeutung der vorgestellten Methode f{\"u}r die klinische Verwendung wurde durch Messungen an einer Gehirntumorpatientin demonstriert. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Techniken einen wertvollen Beitrag zur L{\"o}sung der eingangs beschriebenen Probleme der bSSFP-Bildgebung darstellen. Mit DYPR-SSFP akquirierte Bilder sind bereits mit bestehender, kommerzieller Rekonstruktionssoftware direkt am Scanner rekonstruierbar. Die Software f{\"u}r die Rekonstruktion von RA-TOSSI-Datens{\"a}tzen wurde f{\"u}r Siemens Scanner implementiert. Folglich sind beide Methoden f{\"u}r klinische Studien einsetzbar, was gleichzeitig den Ausblick dieser Arbeit darstellt.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}