Die MRT hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Instrument in der Diagnostik von Herzerkrankungen entwickelt. Da sie ohne ionisierende Strahlung auskommt, stellt sie vor allem auch eine nichtinvasive Alternative zu den nuklearmedizinischen Verfahren und der Computertomographie dar. Im speziellen ermöglicht die kardiale MRT die ortsaufgelöste Darstellung des Herzens mit einer Vielzahl an Kontrasten. Neben der Morphologie können damit auch zahlreiche Funktionsparameter des Herzens, wie die Ejektionsfraktion des linken Ventrikels, oder die Viabilität und Perfusion des Herzmuskels untersucht werden. Atmung und Herzbewegung stellen allerdings große Anforderungen an die MR-Herzbildgebung. Die beiden Störfaktoren limitieren den Zeitraum, der zur Bildakquisition zur Verfügung steht und erzeugen so Konflikte zwischen räumlicher Auflösung, anatomischer Abdeckung, zeitlicher Auflösung und dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR). Ferner ergibt sich für die meisten eingesetzten Verfahren eine erhöhte Komplexität. Die Bildgebungssequenzen müssen mittels EKG an den Herzrhythmus des Patienten angepasst und die Bildakquisitionen im Atemanhaltezustand durchgeführt werden. In manchen Fällen ist sogar eine Aufspaltung der Messung in mehrere Einzelakquisitionen nötig, was wiederum die Dauer der Untersuchungen verlängert und den Patientenkomfort reduziert. Mit technischen Entwicklungen im Bereich der Gradienten und der Empfangsspulen sowie durch den Einsatz dedizierter Bildgebungstechniken konnten in den letzten Jahren signifikante Verbesserungen erzielt und der Stellenwert der MR-Bildgebung in der Herzdiagnostik erhöht werden. Von großer Bedeutung sind dabei auch Beschleunigungsverfahren wie die Parallele Bildgebung, die eine deutliche Verkürzung der Datenakquisition ermöglichen und so den Einfluss von Atmung und Herzbewegung wirksam reduzieren. Die Beschleunigung wird dabei grundsätzlich durch eine unvollständige Datenakquisition bzw. Unterabtastung des k-Raums erzielt, welche im Zuge der Bildrekonstruktion durch Ausnutzen zusätzlich vorhandener Informationen kompensiert wird. Bei der Parallelen Bildgebung ersetzen beispielsweise mehrere um das Objekt herum angeordnete Empfangsspulen die zum Teil unvollständig durchgeführte Gradientenbasierte Ortskodierung. Die Beschleunigungsverfahren sind allerdings wegen der verringerten Datenaufnahme auch immer mit einer Reduktion des SNR verbunden. Eine alternative Strategie zur Beschleunigung der 2D-Bildgebung mit mehreren Schichten stellt die simultane Multischichtbildgebung mit Multi-Slice Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration(MS-CAIPIRINHA) dar. Anders als bei der konventionellen Parallelen Bildgebung wird die Beschleunigung hier nicht durch eine reduzierte Datenaufnahme erzielt. Vielmehr werden Multiband-RF-Pulse eingesetzt, um die Spins in mehreren Schichten gleichzeitig anzuregen. Durch Anwenden schichtspezifischer RF-Phasenzyklen wird die Phase der Spins individuell in jeder Schicht moduliert, wodurch sich eine gegenseitige Verschiebung der Schichten im FOV ergibt. Die Verschiebung erleichtert die Separation der gleichzeitig angeregten Schichten mit Verfahren der Parallelen Bildgebung. Sie erlaubt außerdem eine Minimierung der bei der Rekonstruktion entstehenden Rauschverstärkung. Die Multischichtbildgebungstechnik zeichnet sich gegenüber der konventionellen Parallelen Bildgebung durch ein wesentlich höheres SNR und durch eine Bildrekonstruktion mit geringeren Rekonstruktionsfehlern aus. In dieser Dissertation wurden verschiedene Strategien zur Anwendung von MS-CAIPIRINHA in der MRT des Herzens präsentiert sowie ihre Vorund Nachteile gegenübergestellt. Im Allgemeinen ermöglichen die vorgestellten Konzepte eine hinsichtlich des SNR sehr effiziente Erweiterung der anatomischen Abdeckung. Unter anderem wurde eine Möglichkeit vorgestellt, mit der es uneingeschränkt gelingt, MS-CAIPIRINHA in der Bildgebung mit bSSFP-Sequenzen anzuwenden. Die Steady-State-Sequenz wird aufgrund ihres hohen intrinsischen SNR und vorteilhaften Kontrastverhaltens sehr häufig in der MRT des Herzens bei 1,5T eingesetzt. Wie auch die simultane Multischichtbildgebung erfordert sie zum Halten der Magnetisierung im stationären Zustand die Applikation eines dedizierten RF-Phasenzyklus während der Datenakquisition. Der Phasenzyklus der Sequenz ist allerdings nicht ohne Weiteres mit den Phasenzyklen der Multischichttechnik kompatibel, so dass eine Verknüpfung der beiden Verfahren bisher nur durch Aufspalten der Bildakquisition in mehrere Teilmessungen gelang. Mit dem in Kapitel 5 vorgestellten Konzept ist diese zumeist impraktikable Segmentierung nicht mehr erforderlich. Generalisierte RF-Phasenzyklen, die sowohl die Anforderungen der Sequenz, als auch die der Multischichtbildgebung erfüllen, ermöglichen eine uneingeschränkte Anwendung der Multischichttechnik in der Bildgebung mit bSSFP oder vergleichbaren Steady-State-Sequenzen. Die Multischichttechnik ist damit auch bei Untersuchungen in Echtzeit oder mit Magnetisierungspräparation – Verfahren, die unter anderem in der MR-Herzdiagnostik Verwendung finden – einsetzbar. Anhand von Echtzeit-, Cine- und First-Pass-Herzperfusionsuntersuchungen am menschlichen Herzen konnte die Anwendbarkeit des Konzepts erfolgreich demonstriert werden. Durch die Akquisition zweier Schichten in der Zeit, die normalerweise zur Bildgebung einer einzelnen Schicht benötigt wird, gelang eine Verdoppelung der anatomischen Abdeckung bei unverändert hoher Bildqualität. Bei den Herzperfusionsuntersuchungen konnten je RR-Intervall sechs Schichten akquiriert werden. Bei Echtzeit- und Cine-Messungen erlaubt das Konzept eine signifikante Reduktion der Anzahl der Atemanhaltezustände und dementsprechend eine wirksame Verkürzung der Patientenuntersuchung und eine Verbesserung des Patientenkomforts. In Kapitel 6 wurde eine effiziente Strategie zur Anwendung der simultanen Multischichtbildgebung in der First-Pass-Herzperfusionsbildgebung bei 3T vorgestellt. Es wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von MS-CAIPIRINHA mit Beschleunigungsfaktoren, die größer sind als die Anzahl der simultan angeregten Schichten, neben der anatomischen Abdeckung auch die räumliche Auflösung innerhalb der Bildgebungsschicht erhöht werden kann. Beide Verbesserungen sind für die MR-gestützte Diagnostik der Koronaren Herzerkrankung von Bedeutung. Während mit einer hohen räumlichen Auflösung subendokardiale und transmurale Infarktareale unterschieden werden können, erleichtert eine hohe anatomische Abdeckung die genaue Eingrenzung hypoperfundierter Bereiche. Das grundsätzliche Prinzip der vorgestellten Strategie besteht in der Kombination zweier unterschiedlicher Beschleunigungsansätze: Zur Verbesserung der anatomischen Abdeckung kommt die simultane Multischichtbildgebung zum Einsatz. Zusätzlich zur gleichzeitigen Anregung mehrerer Schichten wird der k-Raum regelmäßig unterabgetastet. Die dabei erzielte Beschleunigung wird zur Verbesserung der räumlichen Auflösung eingesetzt. Die Bildrekonstruktion erfolgt mit Verfahren der Parallelen Bildgebung. Der Vorteil des Konzepts liegt insbesondere im vollständigen Erhalt der Datenakquisitionszeit gegenüber einer unbeschleunigten Messung mit Standardabdeckung und -auflösung. Anders als bei konventionellen Beschleunigungsverfahren wirken sich lediglich die Verkleinerung der Voxelgröße sowie die Rauschverstärkung der Bildrekonstruktion SNR-reduzierend aus. Die Rauschverstärkung wird dabei, durch die gegenseitige Verschiebung der simultan angeregten Schichten im FOV, so gering wie möglich gehalten. Die Anwendbarkeit des Konzepts konnte anhand von Simulationen sowie Untersuchungen an Probanden und Herzinfarktpatienten erfolgreich demonstriert werden. Simultanes Anregen zweier Schichten und 2,5-faches Unterabtasten des k-Raums ermöglichte die Durchführung von Untersuchungen mit einer anatomischen Abdeckung von sechs bis acht Schichten je RR-Intervall und einer räumlichen Auflösung von 2,0×2,0×8,0mm3. Es konnte gezeigt werden, dass die angewandte GRAPPA-Rekonstruktion, trotz der effektiv fünffachen Beschleunigung, robust und im Wesentlichen mit geringer Rauschverstärkung durchführbar ist. Bildqualität und SNR waren für eine sektorweise Absolutquantifizierung der Myokardperfusion ausreichend, während die hohe räumliche Auflösung die Abgrenzung kleiner subendokardialer Perfusionsdefizite ermöglichte. Aufgrund seiner großen Flexibilität und recht einfachen Implementierbarkeit ist das Beschleunigungskonzept vielversprechend hinsichtlich einer Anwendung in der klinischen Routine. Die diesbezügliche Tauglichkeit ist allerdings in weiterführenden Patientenstudien noch zu evaluieren. Alternativ zu diesem Konzept wurde in Kapitel 7 noch eine weitere, ebenfalls auf MS-CAIPIRINHA basierende Strategie für die First-Pass-Herzperfusionsbildgebung bei 3T mit großer anatomischer Abdeckung und hoher räumlicher Auflösung vorgestellt. Wie zuvor bestand die Grundidee des Konzepts darin, MS-CAIPIRINHA mit Beschleunigungsfaktoren anzuwenden, welche größer sind als die Anzahl der simultan angeregten Schichten und die Vergrößerung der anatomischen Abdeckung durch simultanes Anregen mehrerer Schichten zu realisieren. Um allerdings die bei der Bildrekonstruktion und Schichtseparation entstehende Rauschverstärkung zu minimieren, wurde zur Verbesserung der räumlichen Auflösung innerhalb der Schicht das nichtlineare Beschleunigungsverfahren Compressed Sensing zum Einsatz gebracht. Die erst in den letzten Jahren entwickelte Technik ermöglicht die exakte Rekonstruktion zufällig unterabgetasteter Daten, sofern bekannt ist, dass sich das rekonstruierte Bild in eine wohldefinierte sparse Darstellung überführen lässt. Neben der Erreichbarkeit hoher Beschleunigungsfaktoren bietet Compressed Sensing den Vorteil einer Bildrekonstruktion ohne signifikante Rauscherhöhung. Zur Einbindung des Verfahrens in das Multischichtbildgebungskonzept erfolgt die für die Verbesserung der Auflösung nötige Unterabtastung des k-Raums, zufällig und inkohärent. Zur Bildrekonstruktion sind zwei Teilschritte erforderlich. Im ersten Teilschritt werden die durch die zufällige Unterabtastung entstandenen inkohärenten Artefakte mit Compressed Sensing entfernt, im zweiten die gleichzeitig angeregten Schichten mit Verfahren der Parallelen MRT separiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Kombination aus Compressed Sensing und MS-CAIPIRINHA eine Reduktion der inhomogenen Rauschverstärkung ermöglicht und zur Durchführung von qualitativen First-Pass-Herzperfusionsuntersuchungen mit einer Abdeckung von sechs bis acht Schichten je RR-Intervall sowie einer räumlichen Auflösung von 2,0 × 2,0 × 8,0mm3 geeignet ist. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass das angewandte Multischicht-Bildgebungskonzept einer Anwendung des entsprechenden Compressed-Sensing-Konzepts ohne simultane Multischichtanregung überlegen ist. Es stellte sich allerdings auch heraus, dass die rekonstruierten Bilder mit systematischen Fehlern behaftet sind, zu welchen auch ein signifikanter rekonstruktionsbedingter Verlust an zeitlicher Auflösung zählt. Dieser kann zu einer Verzerrung quantitativ bestimmter Perfusionswerte führen und verhindert so robuste quantitative Messungen der Myokardperfusion. Es ist außerdem davon auszugehen, dass auch abrupte Signalveränderungen, die bei Arrhythmien oder Bewegung auftreten, nur sehr ungenau rekonstruiert werden können. Die Systematischen Rekonstruktionsfehler konnten anhand zweier Verfahren, einer Monte-Carlo-Simulation sowie einer Analyse der lokalen Punktantworten präzise Untersucht werden. Die beiden Analysemethoden ermöglichten einerseits die genaue Bestimmung systematischer und statistischer Abweichungen der Signalamplitude und andererseits die Quantifizierung rekonstruktionsbedingter zeitlicher und räumlicher Auflösungsverluste. Dabei konnte ein Mangel an Sparsität als grundlegende Ursache der Rekonstruktionsfehler ermittelt werden. Die bei der Analyse eingesetzten Verfahren erleichtern das Verständnis von Compressed Sensing und können beispielsweise bei der Entwicklung nichtlinearer Beschleunigungskonzepte zur Bildqualitätsanalyse eingesetzt werden.

Die klinische Magnetresonanztomografie (MRT) operiert meist bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla (T). Es halten jedoch immer mehr 3T MRT-Systeme Einzug im klinischen Alltag und seit kurzem auch 7T Ganzkörper-MRT-Systeme in die Grundlagenforschung. Höhere Magnetfeldstärken führen grundsätzlich zum einem verbesserten Signal-zu-Rausch- Verhältnis, welches sich gewinnbringend in eine erhöhte Ortsauflösung oder schnellere Bildaufnahme äußert. Ein Nachteil ist aber die dabei im Patienten deponierte Hochfrequenz-Energie (HF-Energie), welche quadratisch mit ansteigender Feldstärke zusammenhängt. Charakterisiert wird diese durch die spezifische Absorptionsrate (SAR) und ist durch vorgegebene gesetzliche Grenzwerte beschränkt. Moderne, SAR-intensive MRT-Techniken (z.B. Multispinecho-Verfahren) sind bereits bei 1,5T nahe den zulässigen SAR-Grenzwerten und somit nicht unverändert auf Hochfeld-Systeme übertragbar. In dieser Arbeit soll das Potential modularer Hybrid-MRT-Techniken genutzt werden, um das SAR bei besonders SAR-intensiven MRT-Verfahren ohne signifikante Einbußen in der Bildqualität erheblich zu verringern. Die Hybrid-Techniken sollen in Verbindung mit zusätzlichen Methoden der SAR-Reduzierung den breiteren Einsatz SAR-intensiver MRT-Techniken an hohen Magnetfeldern ermöglichen. Ziel dieser Arbeit ist es, routinefähige und SAR-reduzierte MRT-Standard-Protokolle für neuroanatomische Humanuntersuchungen mit räumlicher Höchstauflösung bei Magnetfeldern von 3T und 7T zu etablieren.

Magnetic Resonance Imaging at field strengths up to 3 T, has become a default diagnostic modality for a variety of disorders and injuries, due to multiple reasons ranging from its non-invasive nature to the possibility of obtaining high resolution images of internal organs and soft tissues. Despite tremendous advances, MR imaging of certain anatomical regions and applications present specific challenges to be overcome. One such application is MR Musculo-Skeletal Imaging. This work addresses a few difficult areas within MSK imaging from the hardware perspective, with coil solutions for dynamic imaging of knee and high field imaging of hand. Starting with a brief introduction to MR physics, different types of RF coils are introduced in chapter 1, followed by sections on design of birdcage coils, phased arrays and their characterization in chapter 2. Measurements, calculations and simulations, done during the course of this work, have been added to this chapter to give a quantitative feel of the concepts explained. Chapter 3 deals with the construction of a phased array receiver for dynamic imaging of knee of a large animal model, i.e. minipig, at 1.5 T. Starting with details on the various aspects of an application that need to be considered when an MR RF array is designed, the chapter details the complex geometry of the region of interest in a minipig and reasons that necessitate a high density array. The sizes of the individual elements that constitute the array have been arrived at by studying the ratio of unloaded to loaded Q factors and choosing a size that provides the best ratio but still maintains a uniform SNR throughout the movement of the knee. To have a minimum weight and to allow mechanical movement of the knee, the Preamplifiers were located in a separate box. A movement device was constructed to achieve adjustable periodic movement of the knee of the anesthetized animal. The constructed array has been characterized for its SNR and compared with an existing product coil to show the improvement. The movement device was also characterized for its reproducibility. High resolution static images with anatomical details marked have been presented. The 1/g maps show the accelerations possible with the array. Snapshots of obtained dynamic images trace the cruciate ligaments through a cycle of movement of the animal's knee. The hardware combination of a high density phased array and a movement device designed for a minipig's knee was used as a 'reference' and extended in chapter 4 for a human knee. In principle the challenges are similar for dynamic imaging of a human knee with regards to optimization of the elements, the associated electronics and the construction of the movement device. The size of the elements were optimized considering the field penetration / sensitivity required for the internal tissues. They were distributed around the curvature of the knee keeping in mind the acceleration required for dynamic imaging and the direction of the movement. The constructed movement device allows a periodic motion of the lower half of the leg, with the knee placed within the coil, enabling visualization of the tissues inside, while the leg is in motion. Imaging has been performed using dynamic interleaved acquisition sequence where higher effective TR and flip angles are achieved due to a combination of interleaving and segmentation of the sequence. The movement device has been characterized for its reproducibility while the SNR distribution of the constructed RF array has been compared with that of a commercially available standard 8 channel array. The results show the improvement in SNR and acceleration with the constructed geometry. High resolution static images, dynamic snapshots and the 3D segmentation of the obtained images prove the usefulness of the complete package provided in the design, for performing dynamic imaging at a clinically relevant field strength. A simple study is performed in chapter 5 to understand the effects of changes in overlap for coil configurations with different loads and at different frequencies. The noise levels of individual channels and the correlation between them are plotted against subtle changes in overlap, at 64 and 123 MHz. SNR for every overlap setup is also measured and plotted. Results show that achieving critical overlap is crucial to obtain the best possible SNR in those coil setups where the load offered by the sample is low. Chapter 6 of the thesis work deals with coil design for high field imaging of hand and wrists at 7 T, with an aim to achieve ultra high resolution imaging. At this field strength due to the increase in dielectric effects and the resulting decrease in homogeneity, whole body transmit coils are impractical and this has led engineers to design local transmit coils, for specific anatomies. While transmit or transceive arrays are usually preferred, to mitigate SAR effects, the spatial resolution obtained is limited. It is shown that a solution to this, with regards to hand imaging, can be a single volume transmit coil, along with high density receive arrays optimized for different regions of the hand. The use of a phased array for reception provides an increased SNR / penetration under high resolution. A volume transmit coil could pose issues in homogeneity at 7 T, but the specific anatomy of hand and wrist, with comparatively less water content, limits dielectric effects to have homogeneous B_1+ profile over the hand. To this effect, a bandpass birdcage and a 12 channel receive array are designed and characterized. Images of very high spatial resolution (0.16 x 0.16 x 0.16 mm3) with internal tissues marked are presented. In vivo 1/g maps show that an acceleration of up to 3 is possible and the EM simulation results presented show the uniform field along with SAR hotspots in the hand. To reduce the stress created due to the 'superman' position of imaging, provisions in the form of a holder and a hand rest have been designed and presented. Factors that contributed to the stability of the presented design are also listed, which would help future designs of receive arrays at high field strengths. In conclusion, the coils and related hardware presented in this thesis address the following two aspects of MSK imaging: Dynamic imaging of knee and High resolution imaging of hand / wrist. The presented hardware addresses specific challenges and provides solutions. It is hoped that these designs are steps in the direction of improving the existing coils to get a better knowledge and understanding of MSK diseases such as Rheumatoid Arthritis and Osteoarthritis. The hardware can aid our study of ligament reconstruction and development. The high density array and transmit coil design for hand / wrist also demonstrates the benefits of the obtained SNR at 7 T while maintaining SAR within limits. This design is a contribution towards optimizing hardware at high field strength, to make it clinically acceptable and approved by regulatory bodies.

Die bSSFP-Sequenz kombiniert kurze Akquisitionszeiten mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis, was sie zu einer vielversprechenden Bildgebungsmethode macht. Im klinischen Alltag ist diese Technik jedoch bisher - abgesehen von vereinzelten Anwendungen - kaum etabliert. Die Hauptgründe hierfür sind Signalauslöschungen in Form von Bandingartefakten sowie der erzielte T2/T1-gewichtete Mischkontrast. Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung von Methoden zur Lösung der beiden genannten Limitationen, um so eine umfassendere Verwendung von bSSFP für die MR-Diagnostik zu ermöglichen. Magnetfeldinhomogenitäten, die im Wesentlichen durch Suszeptibilitätsunterschiede oder Imperfektionen seitens der Scannerhardware hervorgerufen werden, äußern sich bei der bSSFP-Bildgebung in Form von Bandingartefakten. Mit DYPR-SSFP (DYnamically Phase-cycled Radial bSSFP) wurde ein Verfahren vorgestellt, um diese Signalauslöschungen effizient zu entfernen. Während für bereits existierende Methoden mehrere separate bSSFP-Bilder akquiriert und anschließend kombiniert werden müssen, ist für 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 quasizufälligem Abtastschema ermöglicht. Die notwendigen Bestandteile können mit geringem Aufwand implementiert werden. Des Weiteren ist kein spezielles Rekonstruktionsschema notwendig, was die breite Anwendbarkeit des entwickelten Ansatzes ermöglicht. Konventionelle Methoden zur Entfernung von Bandingartefakten werden sowohl bezüglich ihrer Robustheit als auch bezüglich der notwendigen Messzeit übertroffen. Um die Anwendbarkeit von DYPR-SSFP auch jenseits der gewöhnlichen Bildgebung zu demonstrieren, wurde die Methode mit der Fett-Wasser-Separation kombiniert. Basierend auf der Dixon-Technik konnten so hochaufgelöste Fett- sowie Wasserbilder erzeugt werden. Aufgrund der Bewegungsinsensitivät der zugrunde liegenden radialen Trajektorie konnten die Messungen unter freier Atmung durchgeführt werden, ohne dass nennenswerte Beeinträchtigungen der Bildqualität auftraten. Die erzielten Ergebnisse am Abdomen zeigten weder Fehlzuordnungen von Fett- und Wasserpixeln noch verbleibende Bandingartefakte. Ein Nachteil der gewöhnlichen Dixon-basierten Fett-Wasser-Separation ist es, dass mehrere separate Bilder zu verschiedenen Echozeiten benötigt werden. Dies führt zu einer entsprechenden Verlängerung der zugehörigen Messzeit. Abhilfe schafft hier die Verwendung einer Multiecho-Sequenz. Wie gezeigt werden konnte, ermöglicht eine derartige Kombination die robuste, bandingfreie Fett-Wasser-Separation in klinisch akzeptablen Messzeiten. DYPR-SSFP erlaubt die Entfernung von Bandingartefakten selbst bei starken Magnetfeldinhomogenitäten. Dennoch ist es möglich, dass Signalauslöschungen aufgrund des Effekts der Intravoxeldephasierung verbleiben. Dieses Problem tritt primär bei der Bildgebung von Implantaten oder am Ultrahochfeld auf. Als Abhilfe hierfür wurde die Kombination von DYPR-SSFP mit der sogenannten z-Shim-Technik untersucht, was die Entfernung dieser Artefakte auf Kosten einer erhöhten Messzeit ermöglichte. Die mit DYPR-SSFP akquirierten radialen Projektionen weisen aufgrund des angewendeten dynamischen Phasenzyklus leicht verschiedene Signallevel und Phasen auf. Diese Tatsache zeigt sich durch inkohärente Bildartefakte, die sich jedoch durch eine Erhöhung der Projektionsanzahl effektiv reduzieren lassen. Folglich bietet es sich in diesem Kontext an, Anwendungen zu wählen, bei denen bereits intrinsisch eine verhältnismäßig hohe Anzahl von Projektionen benötigt wird. Hierbei hat sich gezeigt, dass neben der hochaufgelösten 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 gewöhnlichen bSSFP-Akquisition konstant gehalten werden konnte. Verbleibende, durch den dynamischen Phasenzyklus hervorgerufene Artefakte konnten effektiv mit einem Rauschunterdrückungsalgorithmus reduziert werden. Anhand Probandenmessungen wurde gezeigt, dass 3D DYPR-SSFP einen aussichtsreichen Kandidaten für die Bildgebung von Hirnnerven sowie des Bewegungsapparats darstellt. Während die DYPR-SSFP-Methode sowie die darauf beruhenden Weiterentwicklungen effiziente Lösungen für 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 Möglichkeit 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 Einfügen von Inversionspulsen in ungleichmäßigen Abständen 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 gewöhnlichen kartesischen Trajektorie eine radiale Trajektorie in Kombination mit einer KWIC-Filter-Rekonstruktion verwendet. Somit können bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Bildqualität aus einem einzelnen, mit RA-TOSSI akquirierten Datensatz verschiedene T2-Wichtungen als auch gewöhnliche T2/T1-Wichtungen generiert werden. Mittels Variation der Anzahl der eingefügten Inversionspulse konnte ferner gezeigt werden, dass es neben den besagten Wichtungen möglich ist, zusätzliche Kontraste zu generieren, bei denen verschiedene Substanzen im Bild ausgelöscht sind. Diese Substanzen können am Beispiel der Gehirnbildgebung Fett, graue Masse, weiße Masse oder CSF umfassen und zeichnen sich neben den reinen T2-Kontrasten durch eine ähnlich hohe klinische Relevanz aus. Die mögliche Bedeutung der vorgestellten Methode für die klinische Verwendung wurde durch Messungen an einer Gehirntumorpatientin demonstriert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Techniken einen wertvollen Beitrag zur Lösung 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 für die Rekonstruktion von RA-TOSSI-Datensätzen wurde für Siemens Scanner implementiert. Folglich sind beide Methoden für klinische Studien einsetzbar, was gleichzeitig den Ausblick dieser Arbeit darstellt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der volumenbildgebenden Untersuchung von mechanischen Ermüdungsprozessen in Titan-Zahnimplantaten. Im Vordergrund steht die Entwicklung einer neuen Messmethode der In-situ-Mikrotomografie am Synchrotron. Zahnimplantate werden beim Gebrauch mechanisch wiederholt belastet (Wechsellast). Nach vielen zyklischen Belastungen können aufgrund von mikroplastische Verformungen Ermüdungsschäden auftreten. Diese können im Extremfall zum Versagen und Verlust eines Implantats führen. Die Computertomographie ist eine sehr geeignete zerstörungsfrei Prüfmethode, um Zahnimplantate zu untersuchen. Diese Arbeit erweitert die bisherige CT-Methode insofern, dass In-situ-Beobachtungen bei mechanischer Belastung möglich sind. Die in dieser Arbeit untersuchten Zahnimplantate weisen an der Implantat-Abutment-Grenzfläche bei eintretender Ermüdung einen Mikrospalt auf. Dieser wird als Indikator für einsetzende Fatigue- Prozesse benutzt. Der in der Synchrotron CT verfügbare Inlinephasenkontrast ermöglicht eine verbesserte Bestimmung der Mikrospaltgröße. Da die schnellen Bewegungen der Ermüdungsprüfung mittels Standard-CT-Verfahren schwer zu erfassen sind, war die stroboskopische Aufnahmemethode das zielführende Messverfahren, um in-situ-Prüfung zu ermöglichen. Die 4 kommerziellen Zahnimplantattypen werden neben der In-situ-Fatigue Prüfung auch mittels klassischer Ermüdungsprüfung untersucht und mit der Neuen Messmethode verglichen. Die hier entwickelte In-situ-Fatigue-Prüfstation kann Proben bis zu 345 N tomographisch untersuchen. Neben den experimentellen Untersuchungen wird eine statische FEM-Betrachtung durchgeführt und mit experimentellen Messdaten verglichen. Zuletzt wird mit der entwickelten Messtation Knochenrisse in der Implantat Umgebung untersucht.