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Motion Compensation for Free-Breathing Abdominal Diffusion-Weighted Imaging (MoCo DWI)

Dávid, Christian

German Title: Bewegungskompensation der diffusionsgewichteten Bildgebung bei freier Atmung (MoCo DWI)

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Abstract

Diffusion-weighted imaging (DWI) is a common technique in medical diagnostics. One challenge of thoracic and abdominal DWI is respiratory motion which can result in motion artifacts. To eliminate these artifacts, a new kind of retrospective, respiratory motion compensation for DWI was developed and tested. This new technique — MoCo DWI — is the first in DWI which provides fully-deformable motion compensation. To enable this, despite the low image quality of DWI, two free-breathing sequences were used: (1) a gradient echo sequence (GRE) with a configuration for optimal respiratory motion estimation and (2) a DWI in a configuration of clinical interest. The DWI acquisition was gated into 10 motion phases. Each motion phase was then co-aligned with the motion estimation. The implementation was tested with eleven volunteers. The results showed that MoCo DWI can reduce motion blurring in single b-value images, especially at the liver-lung interface. The improvement of ADC-maps was even more prominent. Individual slices showed motion induced artifacts which could be reduced or even eliminated by MoCo DWI. This was also reflected by expected more homogeneous ADC values in the liver in all data sets. These results promise to reduce measurements with limited diagnostic value while keeping or increasing patient comfort.

Translation of abstract (German)

Die diffusions-gewichtete Bildgebung (DWI) ist eine wichtige Methode in der medizini- schen Diagnostik. In Thorax und Abdomen ist sie jedoch anfällig für Bewegungsartefakte, die durch Atembewegung verursacht werden. Um dies zu lösen, wurde eine neue Technik zur Bewegungskompensation (MoCo) entwickelt und getestet: MoCo DWI. Die Besonderheit an MoCo DWI ist, dass es sich um die erste voll-deformierende Bewegungskompensation bei DWI handelt. Dies wird trotz des hohen Rauschens bei der DWI möglich, indem zwei Messungen verwendet werden: (1) eine Gradientenecho-Sequenz (GRE) mit optimaler Konfiguration für die Bewegungsschätzung und (2) eine DWI in klinisch relevanter Konfiguration. Die Messungen werden in 10 Bewegungsphasen eingeteilt. Jede der DWI Bewegungsphasen wird dann mittels der Bewegungsschätzung auf eine Zielphase transformiert. Die Implementierung wurde an elf Probanden getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass MoCo DWI Bewegungsunschärfe in Bildern von b-Werten reduzieren kann, insbesondere in der Leber. Bedeutendere Verbesserungen wurden in ADC-Karten erreicht. Hier war es möglich Artefakte zu reduzieren oder zu entfernen. Dies wurde durch homogenere ADC-Werte in der Leber bestätigt. Diese Ergebnisse lassen weniger DWI Messungen mit eingeschränktem diagnostischen Wert erwarten — und das bei gleichem oder erhöhtem Patientenkomfort.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bachert, Prof. Dr. rer. nat. Peter
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 17 December 2019
Date Deposited: 17 Apr 2020 11:41
Date: 2020
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
610 Medical sciences Medicine
Controlled Keywords: Bildgebendes Verfahren, Registrierung <Bildverarbeitung>, Atmung, Diffusionsmessung
Uncontrolled Keywords: MoCo DWI
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