Phantomentwicklung und Einführung einer systematischen Qualitätssicherung bei multizentrischen Magnetresonanztomographie-Untersuchungen

In dieser Arbeit wird die systematische Einführung einer Qualitätssicherung (QA) für multizentrische MRT-Untersuchungen beschrieben. Anhand von Agarosegel-Phantomen wird eine automatisierte QA-Analyse aufgesetzt, die die Untersuchung des SNR-Verhaltens, der Signalhomogenität, des Ghosting-Grades und der zeitlichen Stabilität von Rauschmaßen innerhalb funktioneller Messungen zwischen verschiedenen Zentren ermöglicht. Der Herstellungsprozess der Agarosegelphantome wurde optimiert, um eine lange Haltbarkeit der Phantome (> 8 Monate) ohne Beimischung von giftigen Zusätzen zu erreichen. Für die angestrebte regelmäßige Nutzung der Phantome wird auf eine einfache und sichere Handhabung bzgl. Versand, Messung und Entsorgung der Phantome Wert gelegt. Die entwickelte QA-Analyse wurde im Rahmen der CBASP-Studie erfolgreich getestet. Zusätzlich wurden QA-Messungen mittels ACR-Phantom (vom American College of Radiology für die Akkreditierung von MR-Zentren entwickelt) an verschiedenen Zentren durchgeführt. Die vorgeschlagene manuelle Auswertung der Testparameter wurde in eine automatische Testauswertung überführt. Für die Diffusionstensorbildgebung wurden spezielle DTI-Phantome entwickelt und das Herstellungsverfahren für die multizentrische Nutzung optimiert. Die Vorteile von Carbomergelen als neues Phantommaterial für die Einbettung von DTI-Objekten wurden demonstriert und Perspektiven für eine Erweiterung der entwickelten QA-Analyse aufgezeigt

Phantomentwicklung und Einführung einer systematischen Qualitätssicherung bei multizentrischen Magnetresonanztomographie-Untersuchungen

In dieser Arbeit wird die systematische Einführung einer Qualitätssicherung (QA) für multizentrische MRT-Untersuchungen beschrieben. Anhand von Agarosegel-Phantomen wird eine automatisierte QA-Analyse aufgesetzt, die die Untersuchung des SNR-Verhaltens, der Signalhomogenität, des Ghosting-Grades und der zeitlichen Stabilität von Rauschmaßen innerhalb funktioneller Messungen zwischen verschiedenen Zentren ermöglicht. Der Herstellungsprozess der Agarosegelphantome wurde optimiert, um eine lange Haltbarkeit der Phantome (> 8 Monate) ohne Beimischung von giftigen Zusätzen zu erreichen. Für die angestrebte regelmäßige Nutzung der Phantome wird auf eine einfache und sichere Handhabung bzgl. Versand, Messung und Entsorgung der Phantome Wert gelegt. Die entwickelte QA-Analyse wurde im Rahmen der CBASP-Studie erfolgreich getestet. Zusätzlich wurden QA-Messungen mittels ACR-Phantom (vom American College of Radiology für die Akkreditierung von MR-Zentren entwickelt) an verschiedenen Zentren durchgeführt. Die vorgeschlagene manuelle Auswertung der Testparameter wurde in eine automatische Testauswertung überführt. Für die Diffusionstensorbildgebung wurden spezielle DTI-Phantome entwickelt und das Herstellungsverfahren für die multizentrische Nutzung optimiert. Die Vorteile von Carbomergelen als neues Phantommaterial für die Einbettung von DTI-Objekten wurden demonstriert und Perspektiven für eine Erweiterung der entwickelten QA-Analyse aufgezeigt

MRI phantoms - are there alternatives to agar?

The suitability of different gelling agents as MRI phantoms was evaluated in terms of homogeneity, gel stability and reproducibility. Time and effort for preparation were also taken into account. The relaxation times of various gel compositions were estimated. Carbomer-980 and Carbopol-974P were determined to be promising novel phantom materials. These gelling agents are readily available, inexpensive and easy to handle given that thermal treatment is not required. Furthermore, the viscoelasticity of their polymer network is pH-dependent. With such characteristics, it was even possible to embed sensitive objects and retrieve them after testing. This was demonstrated with a fiber phantom for Diffusion Weighted MRI applications. Since Carbomer-980 and Carbopol-974P are non-hazardous, they are also suitable for multimodal setups (e.g., MRI as well as ultrasonic imaging)

Measurements of the diffusion phantom.

<p><b>A</b> b0-image of DTI phantom measured in aqueous solution <b>B</b> b0-image of the fiber phantom in Carbomer-980 gel (pH = 13 and concentration = 0.8%). <b>C</b> Color-coded FA map of the same DTI phantom measured in aqueous solution and <b>D</b> embedded in gel. Phase encoding direction was A–P. Colors indicate direction of polyester fibers. They refer to the standard DTI color scheme (<i>red</i>: left- right (x-direction), <i>green</i>: anterior – posterior (y-direction), <i>blue</i>: inferior-superior (z-direction)).</p

Relaxation times are dependent on concentration of the Carbomer-980 gel.

<p>Relaxation times are dependent on concentration of the Carbomer-980 gel.</p

Test gels.

<p><b>A</b> sodium alginate gel, <b>B</b> PAC-300 gel, <b>C</b> xanthan gel, <b>D</b> xanthan gel with mold growth after 2 weeks, <b>E</b> Carbomer-980 gel, <b>F</b> Carbomer-980 gel prepared with warm water (37°C, shows less bubble formation and better homogeneity). <b>G</b> Carbopol-974P gel prepared with warm water (37°C, no bubbles visible). <b>H</b> PNC-400 gel prepared with warm water (37°C, bubble formation is still visible).</p

Relaxation times of six different gelling agents.

<p>Relaxation times of six different gelling agents.</p

Relaxation times of biological tissue.

<p>Literature data of T₁ and T₂ relaxation times at 3 T measured at 37° <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0070343#pone.0070343-Stanisz1" target="_blank">[23]</a>.</p