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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80828
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8082/


Baumann, Sandra

Time-of-flight-Magnetresonanzangiographie mit kontinuierlich bewegtem Patiententisch

Time of flight magnetic resonance angiography with a continuously moving table

Dokument1.pdf (3.141 KB) (md5sum: b8945a70bcbd3b7b31cdb3378da90bfd)

Kurzfassung in Deutsch

Ein Schwerpunkt der Therapieplanung bei Patienten mit vaskulären Pathologien liegt mittlerweile im Bereich der bildgebenden Verfahren, der in den vergangenen Jahren einem deutlichen Wandel unterworfen war. Weiterentwicklungen auf den Gebieten der Computertomographie, dem Ultraschall und der Magnetresonanztomographie (MRT) haben den Goldstandard, die invasive digitale Subtraktionsangiographie (DSA), in vielen Bereichen der klinischen Routine ablösen können.

Im Vergleich der nichtinvasiven Verfahren bietet die Magnetresonanzangiographie (MRA) einige Vorteile. So ist sie prinzipiell in der Lage, einen Gefäßkontrast ohne vorherige Kontrastmittelgabe zu generieren, indem die Sensitivität des MR-Signals gegenüber Flussphänomenen genutzt wird. Aus den mittlerweile vorhandenen Techniken für die nicht-kontrastmittelverstärkte MRA wird abhängig von der Untersuchungsregion und den sich daraus ergebenden Anforderungen gewählt. Die Gefäße des Beckens und der Beine stellen dabei eine besondere Herausforderung dar. Eine Untersuchung dieser Region mittels MRT bedarf der Abdeckung eines Messbereichs, der den Bildgebungsbereich eines MR-Tomographen (etwa 50 cm) deutlich übersteigt. Zur Lösung dieses Problems stehen mittlerweile zwei Alternativen zur Auswahl: Der Mehrstationenansatz und die Messung bei einem kontinuierlich bewegten Patiententisch (continuously moving table, CMT).

Für den Mehrstationenansatz wird die gesamte Messregion vom Becken bis zu den Knöcheln in typischerweise drei Bereiche (Stationen) unterteilt. Durch schrittweisen Verschub des Patiententischs wird jede dieser Stationen angesteuert, deren Abmessungen nun nicht mehr den Bildgebungsbereich des Tomographen übersteigen und für die MR-Messungen nach einem Standardprotokoll erfolgen können. Damit stellt der Mehrstationenansatz keine neuen Anforderungen an die MR-Messtechnik an sich, sondern nur an die Hardware des Tomographen sowie an die zeitliche Abstimmung der Kontrastmittelinjektion.

Dies änderte sich mit der Einführung der CMT-MRT, bei der die kontinuierliche
Patiententischbewegung nicht nur eine geeignete Geräteausstattung erfordert, sondern auch in
der räumlichen Zuordnung der akquirierten MR-Daten berücksichtigt werden muss. Die CMT-Messung ist in diesem Sinne zwar komplexer, aber auch zeitlich effizienter und bietet im
Vergleich zum Mehrstationenansatz mehr Raum für Neuentwicklungen.

Diese Arbeit kombiniert nun erstmals mit der time-of-flight-(TOF-)Technik eine nichtkontrastmittelverstärkte Methode für die MRA mit einer CMT-Messung. Zielsetzung war eine artefaktfreie Darstellung des venösen und arteriellen Gefäßsystems des Beckens und der Beine. Dabei gab es im Wesentlichen zwei große Herausforderungen zu bewältigen, die sich durch diese neuartige Kombination ergaben. Durch die kontinuierliche Bewegung des Messobjekts während der Datenakquisition verändert sich auch das lokale Magnetfeld fortwährend. Damit war eine Sättigung des Fettsignals in TOF-MRA-Bildern auf Basis der magnetfeldabhängigen chemischen Verschiebung zwischen Fett und Wasser nicht länger möglich. Desweiteren kann für CMT-Messungen keine Datenaufnahme realisiert werden, die sich zeitlich auf bestimmte Intervalle im EKG-Zyklus beschränkt (EKG-Triggerung). Dies würde die Messung und damit die kontinuierliche Tischbewegung ständig unterbrechen und eine korrekte räumliche Zuordnung der akquirierten Daten nahezu unmöglich machen. Diese Limitation kam besonders bei der Arteriendarstellung zum Tragen. Mit der EKG-Triggerung entfiel hier nämlich eine bewährte Methode zur Unterdrückung von Bildartefakten, die durch den pulsatilen arteriellen Blutfluss verursacht werden. Letzterer ist dabei aber gerade in den peripheren Arterien besonders ausgeprägt.

In der vorliegenden Arbeit wurden neue Aufnahmestrategien entwickelt, die sich der genannten Probleme annahmen. Die Fettsättigung für die CMT-TOF-MRA wurde analog zur DSA auf Basis einer Bildsubtraktion realisiert. Die CMT-TOF-Venographie liefert beide hierfür benötigten Datensätze der Messregion durch ein zeitlich effizient gestaltetes Aufnahmeschema. Dieses musste für eine Arteriendarstellung erweitert werden, um auch ohne EKG-Triggerung Artefakte durch pulsatile Flussverhältnisse im peripheren Arteriensystem zu kompensieren. Andererseits wurde für eine schnelle Übersichtsdarstellung der Arterien der unteren Extremitäten (Gefäß-
Scout), der dritten vorgestellten CMT-TOF-Anwendung, eben diese Pulsatilität zur Gefäßdetektion herangezogen. Desweiteren werden in der vorliegenden Arbeit neue Methoden aufgezeigt, mit denen alle CMT-TOF-Akquisitionen weiter beschleunigt werden können. Diagnostisches Potential und Machbarkeit der vorgeschlagenen CMT-TOF-Venographie, -Arteriographie und des Gefäß-Scouts wurden durch Messungen gesunder Probanden und Patienten mit venösen und arteriellen Pathologien evaluiert. Im Rahmen dieser Studien konnte dabei immer ein Vergleich zu bewährten Methoden oder zum jeweiligen Goldstandard erfolgen.


Kurzfassung in Englisch

Nowadays, medical imaging techniques play a central role in treatment planning of patients with vascular pathologies and have been subject to a considerable change over the past years. Further developments in the areas of computed tomography, ultrasound and magnetic resonance imaging (MRI) could supersede the gold standard, the digital subtraction angiography (DSA), with respect to many applications in clinical routine.

Magnetic resonance angiography (MRA) offers some advantages compared to other non invasive medical imaging modalities. In principle, MRA is capable to generate a vessel contrast without a previous contrast agent injection by exploiting the sensitivity of the MR signal to flow phenomena for example. Which non enhanced MRA technique is used in the present case is chosen in dependence on the region under investigation and the resultant requirements. The vessels of the pelvis and the legs pose a big challenge in this regard: The investigation of this region via MRI requires the coverage of a measurement region which clearly exceeds the typical imaging region of a MR scanner (approximately 50 cm). There are by now two optional solutions to solve this problem: The multistation approach and second, the measurement with a continuously moving table (CMT).

If the multistation approach is used, the whole measurement region from the pelvis down to the feet is typically divided into three sub field of views (stations) each actuated by a stepwise movement of the patient table. Stations do not exceed the imaging region of MR scanner anymore and can be acquired according to a standard MRI protocol. For this reason the multistation approach does not make any demands on the MR measurement technique itself but only on the scanner’s hardware as well as on the timing of the contrast agent injection.

This has changed by the introduction of the CMT-MRI where the continuous movement of the patient table does not only require appropriate scanner equipment but has to be also considered for a correct spatial assignment of acquired MR data. A CMT measurement is indeed more complex in this sense but also more time efficient. Furthermore, it leaves more room for new developments in comparison to the multistation approach.

This work combines for the first time a non enhanced MRA technique using the time of flight (TOF) mechanism and a CMT acquisition. The aim was the visualization of the venous and arterial vessel system of the pelvis and the legs without image artefacts. In this context two major challenges had to be met which came along with this new kind of combination. By the continuous movement of the measured object during data acquisition the local magnetic field is also changing constantly. This prevented the saturation of the fat signal in CMT TOF MRA images based on the magnetic field dependent chemical shift between fat and water. In addition, it is not possible to restrict a CMT data acquisition to a certain time window in the ECG cycle (ECG triggering). This would interrupt the continuous CMT measurement and the continuous table movement constantly and prevent a correct spatial assignment of acquired data. This limitation had especially an effect on the visualization of the peripheral arteries since ECG triggering is the method of choice for the suppression of image artefacts caused by a pulsatile arterial blood flow.

In the presented work, new acquisitions strategies have been developed which took care of the problems mentioned above. The fat saturation for the CMT TOF MRA is based on image subtraction similar to DSA. The CMT TOF venography provides the two required datasets of the measurement region using a very time efficient acquisition scheme. This scheme had to be extended to image the peripheral arteries to compensate for artefacts caused by the pulsatile flow pattern without ECG triggering. On the other hand, the pulsatile arterial blood flow was exploited for vessel detection to get a fast CMT vessel scout of the peripheral arteries. Furthermore, new methods have been proposed in this work, how to further accelerate CMT TOF MRA acquisitions. Diagnostic potential and feasibility of the proposed CMT TOF venography, arteriography and the vessel scout have been evaluated by measurements of healthy volunteers and patients suffering from venous and arterial vascular pathologies. In the study, a comparison to standard methods or to the respective gold standard could always be enabled.


SWD-Schlagwörter: NMR-Tomographie , Magnetresonanzangiographie
Freie Schlagwörter (deutsch): MRT bei kontinuierlich bewegtem Patiententisch , MR-Venographie , MR-Angiographie , parallele Bildgebung
Freie Schlagwörter (englisch): continuously moving table MRI , MR venography , MR arteriography , parallel imaging
Institut: Physikalisches Institut
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Hennig, Jürgen (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.04.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 10.05.2011
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