Dichtegewichtete Magnetresonanz-Bildgebung mit Multi-Echo-Sequenzen (2013)

Das Signal-zu-Rausch-Verhaltnis (SNR) stellt bei modernen Bildgebungstechniken in der Magnetresonanz-Tomographie heutzutage oftmals die entscheidende Limitation dar. Eine Verbesserung durch Modifikation der Hardware ist kostspielig und fuhrt meistens zu einer Verstarkung anderer Probleme, wie zum Beispiel erhohte Energiedeposition ins Gewebe. Im Gegensatz dazu ist Dichtegewichtung eine Methode, die eine SNR-Erhohung durch Modifikation der Aufnahmetechnik ermoglicht. In der MR-Bildgebung erfolgt oftmals eine retrospektive Filterung des aufgenommenen Signalverlaufs, beispielsweise zur Artefaktreduktion. Damit einhergehend findet eine Veranderung der Modulationstransferfunktion (MTF) bzw. ihrer Fouriertransformierten, der raumlichen Antwortfunktion (SRF), statt. Optimales SNR wird nach dem Matched Filter-Theorem erzielt, wenn die nachtragliche Filterung dem aufgenommenen Signalverlauf proportional ist. Dies steht dem Ziel der Artefaktreduktion entgegen. Bei Dichtegewichtung steht durch nicht-kartesische Abtastung des k-Raums mit der k-Raum-Dichte ein zusatzlicher Freiheitsgrad zur Verfugung. Dieser ermoglicht es, im Falle eines konstanten Signalverlaufs eine gewunschte MTF ohne Filterung zu erreichen. Bei veranderlichem Signalverlauf kann ein SNR Matched Filter angewendet werden, dessen negative Einflusse auf die MTF durch Dichtegewichtung kompensiert werden. Somit ermoglicht Dichtegewichtung eine vorgegebene MTF und gleichzeitig ein optimales SNR. In der vorliegenden Arbeit wurde Dichtegewichtung erstmals bei den schnellen Multi-Echo-Sequenzen Turbo-Spin-Echo und Echoplanar-Bildgebung (EPI) angewendet. Im Gegensatz zu bisherigen Implementierungen muss hier der Signalabfall durch T2- bzw. T2*-Relaxation berucksichtigt werden. Dies fuhrt dazu, dass eine prospektiv berechnete dichtegewichtete Verteilung nur bei einer Relaxationszeit optimal ist. Bei Geweben mit abweichenden Relaxationszeiten konnen sich wie auch bei den kartesischen Varianten dieser Sequenzen Anderungen an SRF und SNR ergeben. Bei dichtegewichteter Turbo-Spin-Echo-Bildgebung des Gehirns konnte mit den gewahlten Sequenzparametern ein SNR-Vorteil von 43 % gegenuber der kartesischen Variante erzielt werden. Die Akquisition wurde dabei auf die T2-Relaxationszeit von weiser Substanz optimiert. Da die meisten Gewebe im Gehirn eine ahnliche Relaxationszeit aufweisen, blieb der visuelle Gesamteindruck identisch zur kartesischen Bildgebung. Der SNR-Gewinn konnte in der dichtegewichteten Implementierung zur Messzeithalbierung genutzt werden. Dichtegewichtete EPI weist eine hohe Anfalligkeit fur geometrische Verzerrungen, welche durch Inhomogenitaten des Hauptmagnetfeldes verursacht werden, auf. Die Verzerrungen konnten erfolgreich mit einer Conjugate Phase-Methode korrigiert werden. Dazu muss die raumliche Verteilung der Feldinhomogenitaten bekannt sein. Dazu ist zusatzlich zur eigentlichen EPI-Aufnahme die zeitaufwendige Aufnahme einer sogenannten Fieldmap erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, welche die zur Erlangung einer Fieldmap notwendige Aufnahmedauer auf wenige Sekunden reduziert. Bei dieser Art der Fieldmap-Aufnahme mussen jedoch durch Atmung hervorgerufene Effekte auf die Bildphase berucksichtigt werden. Die Fieldmap-Genauigkeit kann durch Aufnahme unter Atempause, Mittelung oder retrospektiver Phasenkorrektur erhoht werden. Fur die gewahlten EPI-Sequenzparameter wurde mit Dichtegewichtung gegenuber der kartesischen Variante ein SNR-Gewinn von 14 % erzielt. Anhand einer funktionellen MRT (fMRI)-Fingertapping-Studie konnte demonstriert werden, dass die SNR-Steigerung auch zu einer signifikant erhohten Aktivierungsdetektion in Teilen der Hirnareale fuhrt, die bei der Fingerbewegung involviert sind. Die Verwendung von zusatzlicher EPI-Phasenkorrektur und iterativer Optimierung der dichtegewichteten k-Raum-Abtastung fuhrt zu weiteren Verbesserungen der dichtegewichteten Bildgebung mit Multi-Echo-Sequenzen.