English Title: In vivo ²³Na Magnetic Resonance Imaging of the Human Torso at 7 Tesla

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Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es, die In-vivo-23Na-Magnetresonanz(MR)-Bildgebung des Körperstamms bei B0 = 7 Tesla zu ermöglichen. Zur Anregung der 23Na-Kernspins sowie zur Detektion der 23Na-Magnetisierung wurde eine 23Na-HF-Körperspule entwickelt, aufgebaut und optimiert. Drei Spulenkonfigurationen der ovalen, eng anliegenden Birdcage-Spule wurden untersucht: Zur Erhöhung der Homogenität des Sende- und Empfangsfeldes wurde im ersten Optimierungsschritt die herkömmliche Zweikanal-Einspeisung zu einer Vierkanal-Einspeisung erweitert. Im zweiten Optimierungsschritt wurde durch eine Anpassung der Sendephasen der relative Flipwinkelfehler in einem Bereich der Größe (23×13×10) cm³ von 8,6 % auf 4,9 % reduziert. Die 23Na-HF-Körperspule mit vier Empfangskanälen stellt ein relativ homogenes Sendefeld ((11,97 ± 0,59) μT, HF-Sendeleistung 2,4 kW) sowie Empfangsfeld zur Verfügung, welche einen großen Bereich des Körperstamms abdecken. Daher ermöglicht die HF-Körperspule erstmalig die Aufnahme von In-vivo-23Na-MR-Bildern der gesamten Breite des Körperstamms eines Erwachsenen mit einer großen Abdeckung in Längsrichtung bei B0 = 7 Tesla (Sichtfeld FOV = (40 cm)³). In den rekonstruierten 23Na-MR-Bildern treten Verschmierungen aufgrund der Atembewegung auf. Daher wurde das intrinsische Atemsignal retrospektiv aus den 23Na-MR-Daten bestimmt. Basierend auf diesem Atemsignal wurden die aufgenommenen MR-Daten in zwei Atemzustände (eingeatmet, ausgeatmet) aufgeteilt, was zu einer Reduktion der Verschmierungen führt. Die Zuordnung basierend auf dem intrinsischen und dem extrinsischen Atemsignal (Atemgurt) zeigte für drei Probanden eine gute Übereinstimmung von (90,6 ± 2,8) % bei der 23Na-Lungen-MR-Bildgebung und von (82,3 ± 3,8) % bei der 23Na-MR-Bildgebung des Abdomens.

Translation of abstract (English)

The aim of this work was to enable in vivo 23Na magnetic resonance (MR) imaging of the human torso at B0 = 7 Tesla. A 23Na RF body coil was developed, constructed and optimized to facilitate an excitation of 23Na nuclear spins and a detection of 23Na magnetization. Three coil configurations of the oval close-fitting birdcage coil were investigated: In the first optimization step the conventional two-port drive is extended to a four-port drive increasing the transmit and receive field homogeneity. By then adapting the transmit phases the relative flip angle error in a specified region (size (23×13×10) cm³) was reduced from 8.6 % to 4.9 %. The 23Na body coil with four receive channels provides a relatively homogeneous transmit field ((11.97 ± 0.59) μT, transmit power 2.4 kW) and receive field covering a large region of the torso. The RF coil enables for the first time the acquisition of full body width in vivo 23Na MR images of adults with long z-axis coverage at 7 Tesla (field of view (40 cm)³). In reconstructed 23Na images blurring occurs due to respiration. The intrinsic respiratory signal was retrospectively determined from 23Na MR data. Separating the obtained MR data into two states (inhaled, exhaled) based on this intrinsic signal results in reduced blurring. Assignment based on the intrinsic or extrinsic respiratory signal (respiratory belt) shows a good correlation of (90.6 ± 2.8) % and (82.3 ± 3.8) % for 23Na lung and abdominal imaging for three volunteers.