Die vorliegende Arbeit verfolgte das Ziel, mithilfe eines experimentellen Aufbaus, der im MRT-System schnelle Rotationsbewegungen kleiner Objekte realisiert, die raumzeitliche Genauigkeit der Echtzeit-MRT zu untersuchen und die Grenzen einer verlässlichen Abbildung festzulegen. Dazu wurden zahlreiche Messreihen durchgeführt, bei denen systematisch verschiedene Parameter der Datenaufnahme und Bildrekonstruktion variiert wurden, um ein weites Spektrum verschiedener Anwendungsbereiche der Echtzeit-MRT abzudecken. Ein zu diesem Zweck implementiertes MATLAB-Programm ermöglichte eine weitgehend automatisierte Auswertung der Messergebnisse.
Die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) ist ein nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das klinisch weit verbreitet ist und zur Diagnose zahlreicher Krankheitsbilder genutzt wird. Seit kurzem ermöglicht die Echtzeit-MRT die Aufnahme von MRT-Filmen mit hoher zeitlicher Auflösung. Das Verfahren kombiniert schnelle Gradientenechosequenzen mit stark unter-abgetasteter radialer Ortskodierung und Bildrekonstruktion durch regularisierte nichtlineare Inversion (NLINV). Die Echtzeit-MRT kann erstmalig beliebige bewegte Vorgänge im menschlichen Körper abbilden.
Insgesamt konnte mit Hilfe des Bewegungsphantoms eine hohe raumzeitliche Genauigkeit der durch NLINV rekonstruierten Bilder nachgewiesen werden. In besonderen Fällen wurden die Ergebnisse mit Hilfe einer Computer-Simulation bestätigt, mit der die Bildfehler der Echtzeit-MRT dem Einfluss ausgewählter Sequenzparameter zugewiesen werden konnten.
Im Einzelnen wurde gezeigt, dass eine hohe raumzeitliche Genauigkeit gegeben ist, sofern die Objektverschiebung von Bild zu Bild höchstens 1/3 dessen Größe beträgt (bei kleinen Objekten relativ zum Messfeld). Diese Genauigkeit wird weder durch eine Variation der zeitlichen oder räumlichen Auflösung der Einzelbilder, noch durch verschieden starke Unterabtastungen beeinflusst. Bei der Untersuchung unterschiedlicher Bildkontraste stellte sich für die balanced SSFP-Variante eine besonders hohe Empfindlichkeit gegenüber Störungen des Gleichgewichtszustandes durch Bewegung heraus. Eine Bewegungskompensation durch Magnetfeldgradienten zeigte sich nur sinnvoll bei Aufnahmen, die längere Echozeiten verlangen. Bessere Ergebnisse konnten grundsätzlich mit sehr kurzen Echozeiten unter Verzicht auf die Bewegungskompensation erreicht werden.
Inhaltsverzeichnis
- Danksagung
- Abstract
- Zusammenfassung
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen der Magnetresonanz-Tomographie
- 2.1 Physikalische Grundlagen
- 2.2 Signalgewinnung
- 2.3 Bildrekonstruktion
- 2.4 MRT-Sequenzen
- 2.5 Gradienten-Echosequenzen
- 2.5.1 Spoiled Gradient-Echo (SPGR)
- 2.5.2 Fast Low Angle Shot (FLASH)
- 2.5.3 Steady-State Free Precession (SSFP)
- 3 Echtzeit-MRT
- 3.1 Verfahren der Echtzeit-MRT
- 3.2 Radiale Ortskodierung
- 3.3 Bildrekonstruktion
- 3.4 Anwendungen der Echtzeit-MRT
- 4 Untersuchung der raumzeitlichen Genauigkeit
- 4.1 Experimenteller Aufbau
- 4.2 Messreihen
- 4.3 Auswertung
- 5 Ergebnisse
- 5.1 Einfluss der Objektgröße
- 5.2 Einfluss der zeitlichen Auflösung
- 5.3 Einfluss der räumlichen Auflösung
- 5.4 Einfluss der Unterabtastung
- 5.5 Einfluss des Bildkontrastes
- 5.6 Einfluss der Bewegungskompensation
- 5.7 Einfluss der Anzahl der Newton-Schritte
- 5.8 Einfluss der zeitlichen Regularisierung
- 5.9 Einfluss von Multithreading
- 5.10 Einfluss der Medianfilterung
- 6 Diskussion
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Bachelorthesis befasst sich mit der Validierung der raumzeitlichen Genauigkeit von Verfahren der Echtzeit-MRT. Ziel ist es, die Grenzen einer verlässlichen Abbildung bewegter Vorgänge im menschlichen Körper mit Hilfe eines experimentellen Aufbaus zu untersuchen.
- Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf die raumzeitliche Genauigkeit von Echtzeit-MRT-Sequenzen
- Analyse der Grenzen der zeitlichen Auflösung und der räumlichen Genauigkeit bei der Abbildung bewegter Objekte
- Entwicklung eines experimentellen Aufbaus zur Simulation von Rotationsbewegungen im MRT-System
- Auswertung der gewonnenen Daten mithilfe eines MATLAB-Programms
- Bewertung der Ergebnisse im Hinblick auf die praktische Anwendbarkeit der Echtzeit-MRT
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 führt in die Thematik der Echtzeit-MRT ein und erläutert die Bedeutung des Verfahrens für die medizinische Diagnostik. Kapitel 2 gibt einen Überblick über die Grundlagen der Magnetresonanz-Tomographie, einschließlich der Signalgewinnung, Bildrekonstruktion und verschiedenen MRT-Sequenzen. Kapitel 3 widmet sich den Verfahren der Echtzeit-MRT, insbesondere der radialen Ortskodierung und der Bildrekonstruktion. Kapitel 4 beschreibt den experimentellen Aufbau, die Durchführung der Messreihen und die Auswertung der Daten. Kapitel 5 präsentiert die Ergebnisse der Untersuchung, die den Einfluss verschiedener Parameter auf die raumzeitliche Genauigkeit von Echtzeit-MRT-Sequenzen beleuchten. Kapitel 6 diskutiert die Ergebnisse und zieht Schlussfolgerungen für die praktische Anwendbarkeit der Echtzeit-MRT.
Schlüsselwörter
Echtzeit-MRT, raumzeitliche Genauigkeit, radiale Ortskodierung, Bildrekonstruktion, Gradientenechosequenzen, Bewegungsphantom, MATLAB, NLINV, Bewegungskompensation, zeitliche Auflösung, räumliche Auflösung, Unterabtastung, Bildkontrast, Newton-Schritte, zeitliche Regularisierung, Medianfilterung.
- Quote paper
- Lukas Diedrich (Author), 2016, Validierung der raumzeitlichen Genauigkeit von Verfahren der Echtzeit-MRT, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/335122
