Merrem, Andreas

Merrem, A.

MPG.PuRe

Undersampled radial STEAM MRI: Methodological developments and applications.

Die diffusionsgewichtete Einzelschuss-STEAM-Sequenz ermöglicht diffusionsgewichtete MRT ohne die bei der konventionellen echoplanaren Aufnahmetechnik auftretenden Suszeptibilitätsartefakte, die diagnostische Anwendungen erheblich erschweren. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Anwendung neuer Techniken zur diffusionsgewichteten STEAM-Bildgebung, die bisherige Defizite, insbesondere ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis, überwinden. Dies wurde mit unterabgetasteten radialen k-Raum-Trajektorien sowie iterativen Bildrekonstruktionstechniken erreicht. Als Basistechnik für die Datenaufnahme wurde eine radiale Einzelschuss-STEAM-Sequenz mit verbesserter Unterdrückung von Bildartefakten entwickelt und auf die Black-Blood-MRT am Herzen angewendet. Für die diffusionsgewichtete STEAM-MRT am Gehirn wurde diese Sequenz um ein diffusionsgewichtetes Spinecho erweitert und mit einem nichtlinearen inversen Bildrekonstruktionsalgorithmus kombiniert, der eine neue Regularisierung der Spulenprofile beinhaltet. Studien an gesunden Probanden und Patienten lieferten hohe diagnostische Bildqualität und räumliche Auflösung in klinisch akzeptabler Bildaufnahmezeit. Die bisher erste Anwendung einer diffusionsgewichteten STEAM-Sequenz in der Prostatabildgebung wurde durch eine Kombination aus segmentierter radialer Bildaufnahme und iterativer Bildrekonstruktion mit neuer Regularisierung der bewegungsbedingten Phasenkarten erreicht. Die Messung des scheinbaren Diffusionskoeffizienten wurde in numerischen Simulationen und in vivo-Experimenten validiert und zeigte eine verbesserte Genauigkeit im Vergleich mit bisherigen Rekonstruktionsmethoden. Bildaufnahmen an gesunden Probanden zeigten ein Potential für eine diagnostische Nutzung selbst an den Rändern der Prostata, wo echoplanare MRT aufgrund erheblicher Bildverzerrungen scheitert. Zusätzlich wurde eine neue Methode zur diffusionsgewichteten STEAM-Bildgebung mit regionaler Hochfrequenzanregung mehrerer Schichten entwickelt und an der Prostata erprobt. Damit konnten aus dem umgebenden Abdomen stammende Artefakte entfernt werden.The diffusion-weighted (DW) single-shot stimulated echo acquisition mode (STEAM) sequence offers DW MRI without susceptibility artifacts which severely hamper diagnostic applications when using conventional echo-planar imaging techniques. This thesis describes the development and in vivo application of novel DW STEAM MRI techniques which overcome previous deficiencies and, in particular, improve the signal-to-noise ratio. This was achieved using undersampled radial k-space trajectories and iterative image reconstruction methods. As a basic technique for data acquisition, a radial single-shot STEAM sequence with an improved suppression of image artifacts was developed and applied to cardiac black-blood MRI. For DW imaging of the brain, this sequence was extended by a DW spin echo and combined with a nonlinear inverse image reconstruction algorithm including a new regularization method for the coil sensitivities. Studies of healthy volunteers and patients yielded good diagnostic image quality and spatial resolution within clinically feasible imaging times. The first application of a DW single-shot STEAM sequence to prostate MRI was achieved using multi-shot radial data acquisition and iterative image reconstruction with a new regularization of motion-associated phase maps. The measurement of the apparent diffusion coefficient was validated using numerical simulations and in vivo experiments which showed an improved accuracy compared to previous reconstruction methods. MRI studies of healthy volunteers indicated a strong potential for diagnostic DW imaging even near the boundary of the prostate where echo-planar imaging suffers from severe image distortions. Additionally, a new method for DW STEAM MRI with inner-volume excitation of multiple sections was developed and applied to the prostate. Thereby, artifacts originating from abdominal tissues were successfully removed

Georg-August-University Göttingen