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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Flassbeck, Sebastian
title: On the Simultaneous Quantification of Flow Velocities and Relaxation Constants Through Magnetic Resonance Fingerprinting
title_de: Über die simultane Quantifizierung von Strömungsgeschwindigkeiten und Relaxationszeiten mit Hilfe von Magnetic Resonance Fingerprinting
subjects: 500
subjects: 530
subjects: 600
divisions: 130001
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adv_faculty: af-13
cterms_swd: Magnetic Resonance Fingerprinting
cterms_swd: MR-Velocimetrie
cterms_swd: Relaxometrie
cterms_swd: Magnetresonanztomographie
cterms_swd: MRT
abstract: In this thesis, the development of a novel magnetic resonance imaging (MRI) pulse sequence
based on magnetic resonance fingerprinting (MRF) is presented. The proposed technique,
termed “Flow-MRF”, allows time-resolved velocities and relaxation constants to be quantified
simultaneously, in shorter acquisition times than conventional MR-based velocimetry.
The simultaneous quantification of both sets of parameters was achieved by formulating the
combined problem in the MRF framework. An MRF pattern was designed to create minimal
coupling between the relaxometric and velocimetric parameter encoding.
Flow-MRF was validated and tested in simulations, phantom experiments, and an in vivo
study targeting the popliteal artery and the gastrocnemius muscle. In each investigation,
Flow-MRF quantified relaxation constants and flow velocities in strong agreement with literature
and reference measurements. Furthermore, the use of high velocity encoding moments
(Δm1 = 60 mT/m·ms^2) was demonstrated while maintaining a range of correctly quantifiable
velocities beyond 800 cm/s. In the volunteer study, Flow-MRF determined an average
longitudinal relaxation time of (1384±75) ms and a transverse relaxation time of (26±4) ms
in the gastrocnemius muscle. The average velocity deviation over all three volunteers between
Flow-MRF and the reference was (-2.6±5.2) cm/s. Lastly, the potential to quantify the complete
Reynolds stress tensor with Flow-MRF was investigated and shown in a stenotic flow
phantom experiment.
Flow‐MRF presents a novel method of quantifying velocities in up to fourfold shorter measurement
times than conventional velocity mapping techniques, while simultaneously providing
relaxometric maps of static tissue. These improvements can potentially be helpful in the
assessment of pathologies such as arteriosclerosis.
abstract_translated_text: In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuen magnetresonanztomographischen Bildgebungssequenz
basierend auf Magnetic Resonance Fingerprinting (MRF) vorgestellt. Die
entwickelte Technik namens „Flow-MRF“ erlaubt die simultane Quantifizierung von zeitaufgelösten
Strömungsgeschwindigkeiten und Relaxationszeiten in verkürzter Messdauer
verglichen zu konventioneller, MR-basierter Geschwindigkeitsquantifizierung. Durch die Formulierung
des kombinierten Quantifizierungsproblems im Rahmen des MRF-Konzepts wurde
die gleichzeitige Bestimmung beider Parameter ermöglicht. Dafür wurde ein MRF-Muster
entworfen, welches eine minimale Kopplung zwischen der Kodierung der Geschwindigkeiten
und den relaxometrischen Parametern verursacht.
Flow-MRF wurde in Simulationen, Phantom-Experimenten und in einer In Vivo Studie, zur
Untersuchung der Kniekehlarterie und des zweibäuchigen Wadenmuskels, getestet. Alle Untersuchungen
zeigen eine hohe Übereinstimmung der mit Flow-MRF quantifizierten Geschwindigkeiten
und Relaxationszeiten mit Literaturwerten und Referenzmessungen. Des Weiteren
wurde die Kodierung der Geschwindigkeit mit hohen Momenten (Δm1 = 60 mT/m·ms^2) demonstriert
und der Bereich der korrekt quantifizierbaren Geschwindigkeiten auf über 800 cm/s
bestimmt. In der Probandenstudie wurde im Wadenmuskel eine longitudinale Relaxationszeit
von (1384±75) ms und eine transversale Relaxationszeit von (26±4) ms bestimmt. Die mittlere
Abweichung der bestimmten Geschwindigkeiten über alle Probanden zwischen Flow-MRF
und der Referenz beträgt (-2.6±5.2) cm/s. Schließlich wurde die Möglichkeit, mit Flow-MRF
den vollständigen Reynoldsschen Spannungstensors zu quantifizieren, in einer Messung mit
stenotischen Fließbedingungen untersucht und gezeigt.
Flow-MRF stellt eine neue Methode zur simultanen Quantifizierung von Strömungsgeschwindigkeiten
dar und ermöglicht dabei eine bis vierfach verkürzte Messdauer als konventionelle
Methoden. Zusätzlich werden bei Flow-MRF die Relaxationszeiten von statischem Gewebe
bestimmt. Diese Neuerungen sind potenziell hilfreich bei der Untersuchung von Pathologien
wie Arteriosklerose.
abstract_translated_lang: ger
date: 2019
id_scheme: DOI
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ppn_swb: 1666953423
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-264143
date_accepted: 2019-05-08
advisor: HASH(0x564e1c4c71a8)
language: eng
bibsort: FLASSBECKSONTHESIMUL2019
full_text_status: public
citation:   Flassbeck, Sebastian  (2019) On the Simultaneous Quantification of Flow Velocities and Relaxation Constants Through Magnetic Resonance Fingerprinting.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/26414/1/dkfz%20-%20Diss%20--%20Flassbeck%2C%20S%20-%202019%20-%20On%20the%20Simultaneous%20Quantification%20of%20Flow%20Velocities%20and%20Relaxation%20Constants%20Through%20Magnetic%20Resonance%20Fingerprinting.pdf