Englische Übersetzung des Titels: Development and Optimisation of Non-Cartesian Techniques for Magnetic Resonance Imaging

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Abstract

Die Magnetresonanzbildgebung von Proben mit kurzen effektiven Spin-Spin-Relaxationszeiten, z.B. der Lunge (T2* ca. 1 ms), erfordert kurze Echozeiten, die mittels Messsequenzen mit im k-Raum-Zentrum beginnenden Auslesetrajektorien erreicht werden. In dieser Arbeit wurden spiralförmige und radiale Ausleseschemata sowie zugehörige Fourier-Bildrekonstruktionsverfahren entwickelt und für die Bildgebung derartiger Proben an klinischen Tomographen bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 T optimiert. Mit beiden Sequenztypen wurde eine auflösungsunabhängige minimale Echozeit von 0,5 ms erreicht. Typische Parameter einer schnellen spiralförmigen Abtastung resultieren in ca. 4- bis 8-fach größeren Auslesezeiten als bei der in dieser Hinsicht optimalen Radial-MRT, bei der Auslesezeiten von 1,3 bis 1,8 ms zu signifikant geringeren Signalverlusten und Blurring-Artefakten durch T2*-Relaxation führen. Beim Gridding-Bildrekonstruktionsalgorithmus liefert die Dichte-Präkompensation mit der besten der untersuchten Wichtungsfunktionen eine um 11% schmalere Halbwertsbreite (FWHM) als die Postkompensation, die dafür ein um 67% günstigeres Signal-Artefaktverhältnis bietet. In der in-vivo Anwendung konnte mittels der Radial-MRT erstmalig mit einer Gradientenechotechnik bei einer Messdauer von etwa 1 s/Schicht eine Darstellung feiner Gefäße der menschlichen Lunge mit einer effektiven Auflösung von unter 2 mm erreicht werden (nominelle Auflösung 1,4 mm). Im Lungenparenchym wurde T2* mit 0,6 bis 1,7 ms bestimmt. Durch die radiale parallele Bildgebung mit einem Reduktionsfaktor 4 bis 6 ist bei vergleichbarer Messzeit mit konventionellen Techniken eine deutliche Auflösungsverbesserung erzielbar.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

Magnetic resonance imaging of samples with short effective transverse relaxation times (e.g. T2* ca. 1 ms in the lung) requires particularly short echo times which are provided by sequences with k-space trajectories starting at the k-space centre. Spiral and radial readout schemes as well as Fourier image reconstruction methods have been developed and optimised with respect to imaging of such samples with clinical MR scanners at magnetic field strengths of 1.5 T. The minimum echo time achieved with both sequences was 0.5 ms, independent of their spatial resolution. A typical fast spiral readout results in a 4 to 8 times longer readout compared to the radial trajectory which is optimal in this respect. A strong signal gain and reduced blurring artefacts due to T2* relaxation arise from the short radial readout times of 1.3 to 1.8 ms. The application of density pre-compensation with the use of the best of the investigated weighting functions in the gridding reconstruction algorithm leads to a 11% narrower FWHM of the point spread function compared to post compensation whose signal to artefact ratio is 67% lower. In-vivo application of the radial technique to the human lung displayed for the first time capillary vessels with an effective spatial resolution of smaller than 2 mm (nominal resolution 1.4 mm). T2* in the lung parenchyma was measured to be 0.6 to 1.7 ms. A significant resolution enhancement compared to conventional methods with similar measurement times was shown to be attainable by the radial parallel acquisition technique with reduction factors of 4 to 6.