Title (eng)
MRI Microscopy on Biocompatible Materials and Polymers with Short T2* Times:
validation and quality control of UTE pulse sequences for short detection times on a microscopy insert to a high-field human MR scanner
Parallel title (deu)
Magnetresonanz-Mikroskopie an Biokompatiblen Materialien und Polymeren mit kurzen T2*Zeiten: Validierung und Qualitätskontrolle von Pulssequenzen (UTE) für kurze Detektionszeiten.
Author
Fabian Valka
Advisor
Andreas Berg
Assessor
Andreas Berg
Abstract (deu)
Einleitung: Die Magnetresonanztomographie ist eine der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin. Sie wird für ein breites Spektrum von Anwendungsfällen, besonders zur Konstrastierung von Weichgewebe, herangezogen. Viele ``Software''-Messprotokolle (``Sequenzen'') sind für klinische Anwendungen verfügbar, diese sind aber hauptsächlich auf Messungen von Proben mit langen Zerfallszeiten (T2*) ausgelegt. Teile des menschlichen Körpers wie Sehnen, die Substantia compacta, die Menisci, Zähne und viele mehr, besitzen sehr kurze T2*-Zeiten. Das Gleiche gilt für Kompositwerkstoffe, welche in der Medizin und darüber hinaus verwendet werden. Ultrashort TE (UTE) Sequenzen besitzen TE-Zeiten, welche um einen Faktor 10 bis 20 kleiner sind als die von Sequenzen, welche derzeit im klinischen Bereich verfügbar sind. Microimaging ist MR-Bildgebung mit sehr hohen Auflösungen bis in den mikroskopischen Bereich ( < 100 μ m) hinein. Microimaging wird sowohl auf spezialisierten Systemen als auch auf Zusätzen für Ganzkörperscanner durchgeführt. Der Microimaging-Einschub ermöglicht die Messung mit Auflösungen, welche sonst auf einem Ganzkörperscanner nicht möglich wären. Die Kombination von UTE und einem Microimaging-Zusatzsystem auf einem Ganzkörperscanner erlaubt es, sehr feine Strukturen und Defekte in Geweben und Materialien mit kurzen T2* Zeiten sichtbar zu machen.
Methodik: Es wurde eine spezielle Teststruktur ("Phantom"), gefüllt mit Silikon, welches eine T2* Zeit von (11.6 ± 1.1) ms besitzt, entwickelt. Dieses enthält verschiedene Strukturen für die Auflösungsmessung mittels Edge Spread Function (ESF) und Point Spread Function (PSF). Das Phantom enthält außerdem Bereiche zur Schichtdickenmessung, zur Messung der geometrischen Verzerrung und zur Signal-Rausch-Verhältnis (``Signal to noise ratio'') Messung. Standard Protokolle wurden für die untersuchten Sequenzen definiert, um einen direkten Vergleich der Sequenzen zu ermöglichen. Messungen mit den XD VTE, CV UTE und DA-3DPR Sequenzen wurden am Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR der Medizinischen Universität Wien durchgeführt. Vergleichsmessungen mit den Bruker UTE3D und Zero TE (ZTE) Sequenzen wurden am Institut für Molekulare Biotechnologie der österreichischen Akademie der Wissenschaften auf einem 15.2T vorklinischem Bruker System durchgeführt.
Ergebnisse: UTE-, ZTE- und VTE-Sequenzen zeigen starke Artefakte, diese werden hauptsächlich durch Kantenanhebung verursacht und sind auf k-Raum Pfadfehler zurückzuführen. Diese Fehler werden durch die Abweichung der realen von der idealen Gradientenleistung verursacht. Korrekturen für diese Artefakte wurden zwar bereits umgesetzt, sind aber systemspezifisch und nicht ohne weiteres zum direkten Einsatz bei UTE-Messungen verfügbar. Die besten Ergebnisse wurden mit der XD VTE Sequenz erreicht, mit einer Auflösung von (103.02±0.80) μ m bei Pixelgrößen von 62.5μ m und einem SNR (ROI) von 40.88 ± 0.35. Für UTE Sequenzen wurden die besten Resultate mit der DA-3DPR Sequenz erzielt, eine Auflösung von (446.5± 8.9) μm (ESF-MTF), bei einem SNR von 9.175 ± 0.041 (ROI) / 20.79± 0.15 (NEMA Differenzbildmethode) und einer Pixelgröße von 125μ m konnten demonstriert werden.
Keywords (deu)
PhysikMedizinische PhysikMagnetresonanztomographieMRTMRIMR MikroskopieQualitätskontrolleQCUTEVTEZTE
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1321358
rdau:P60550 (deu)
xxviii, 178 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
206
Association (deu)
Title (eng)
MRI Microscopy on Biocompatible Materials and Polymers with Short T2* Times:
validation and quality control of UTE pulse sequences for short detection times on a microscopy insert to a high-field human MR scanner
Parallel title (deu)
Magnetresonanz-Mikroskopie an Biokompatiblen Materialien und Polymeren mit kurzen T2*Zeiten: Validierung und Qualitätskontrolle von Pulssequenzen (UTE) für kurze Detektionszeiten.
Author
Fabian Valka
Abstract (deu)
Einleitung: Die Magnetresonanztomographie ist eine der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin. Sie wird für ein breites Spektrum von Anwendungsfällen, besonders zur Konstrastierung von Weichgewebe, herangezogen. Viele ``Software''-Messprotokolle (``Sequenzen'') sind für klinische Anwendungen verfügbar, diese sind aber hauptsächlich auf Messungen von Proben mit langen Zerfallszeiten (T2*) ausgelegt. Teile des menschlichen Körpers wie Sehnen, die Substantia compacta, die Menisci, Zähne und viele mehr, besitzen sehr kurze T2*-Zeiten. Das Gleiche gilt für Kompositwerkstoffe, welche in der Medizin und darüber hinaus verwendet werden. Ultrashort TE (UTE) Sequenzen besitzen TE-Zeiten, welche um einen Faktor 10 bis 20 kleiner sind als die von Sequenzen, welche derzeit im klinischen Bereich verfügbar sind. Microimaging ist MR-Bildgebung mit sehr hohen Auflösungen bis in den mikroskopischen Bereich ( < 100 μ m) hinein. Microimaging wird sowohl auf spezialisierten Systemen als auch auf Zusätzen für Ganzkörperscanner durchgeführt. Der Microimaging-Einschub ermöglicht die Messung mit Auflösungen, welche sonst auf einem Ganzkörperscanner nicht möglich wären. Die Kombination von UTE und einem Microimaging-Zusatzsystem auf einem Ganzkörperscanner erlaubt es, sehr feine Strukturen und Defekte in Geweben und Materialien mit kurzen T2* Zeiten sichtbar zu machen.
Methodik: Es wurde eine spezielle Teststruktur ("Phantom"), gefüllt mit Silikon, welches eine T2* Zeit von (11.6 ± 1.1) ms besitzt, entwickelt. Dieses enthält verschiedene Strukturen für die Auflösungsmessung mittels Edge Spread Function (ESF) und Point Spread Function (PSF). Das Phantom enthält außerdem Bereiche zur Schichtdickenmessung, zur Messung der geometrischen Verzerrung und zur Signal-Rausch-Verhältnis (``Signal to noise ratio'') Messung. Standard Protokolle wurden für die untersuchten Sequenzen definiert, um einen direkten Vergleich der Sequenzen zu ermöglichen. Messungen mit den XD VTE, CV UTE und DA-3DPR Sequenzen wurden am Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR der Medizinischen Universität Wien durchgeführt. Vergleichsmessungen mit den Bruker UTE3D und Zero TE (ZTE) Sequenzen wurden am Institut für Molekulare Biotechnologie der österreichischen Akademie der Wissenschaften auf einem 15.2T vorklinischem Bruker System durchgeführt.
Ergebnisse: UTE-, ZTE- und VTE-Sequenzen zeigen starke Artefakte, diese werden hauptsächlich durch Kantenanhebung verursacht und sind auf k-Raum Pfadfehler zurückzuführen. Diese Fehler werden durch die Abweichung der realen von der idealen Gradientenleistung verursacht. Korrekturen für diese Artefakte wurden zwar bereits umgesetzt, sind aber systemspezifisch und nicht ohne weiteres zum direkten Einsatz bei UTE-Messungen verfügbar. Die besten Ergebnisse wurden mit der XD VTE Sequenz erreicht, mit einer Auflösung von (103.02±0.80) μ m bei Pixelgrößen von 62.5μ m und einem SNR (ROI) von 40.88 ± 0.35. Für UTE Sequenzen wurden die besten Resultate mit der DA-3DPR Sequenz erzielt, eine Auflösung von (446.5± 8.9) μm (ESF-MTF), bei einem SNR von 9.175 ± 0.041 (ROI) / 20.79± 0.15 (NEMA Differenzbildmethode) und einer Pixelgröße von 125μ m konnten demonstriert werden.
Keywords (deu)
PhysikMedizinische PhysikMagnetresonanztomographieMRTMRIMR MikroskopieQualitätskontrolleQCUTEVTEZTE
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1321359
Number of pages
206
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