dc.description.abstract
Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) ist ein Verfahren der Magnetresonanztomographie, das aufgrund von lokalen Abweichungen des Magnetfeldes magnetische Suszeptibilitäten des Gewebes darstellen kann. Die magnetische Suszeptibilität ist eine intrinsische, materialspezifische Eigenschaft, die bemisst, wie stark ein Material in einem externen Magnetfeld magnetisiert wird. Die Phaseninformation des komplexen MR-Signals wird zur Erzeugung der QSM-Bilder, sogenannter Suszeptibilitätskarten, verwendet.Gradienten-Echo (GRE)-Bilder werden typischerweise für QSM verwendet, da sie eine T2*-Gewichtung beinhalten und ihre Phasenkarten die Magnetisierung der Probe und damit ihre magnetische Suszeptibilität widerspiegeln. Echo-Planar-Imaging (EPI) erfasst eine ganze Schicht mit T2*-Gewichtung in 50-100 Millisekunden. Da EPI-Phasenkarten auch die Probenmagnetisierung widerspiegeln, können sie zur Erzeugung von Suszeptibilitätskarten verwendet werden. Obwohl EPI unter geometrischen Verzerrungen und Signalausfällen leidet, Nachteile, die GRE nicht betreffen, ist es wesentlich schneller.Für das Erstellen einer Suszeptibilitätskartierung sind die Kombination der Spulenkanäle, die Phasensprungkorrektur, die Maskierung des Gehirns, das Entfernen der Hintergrundvariation, und das Lösen des inversen Feld-zu-Quelle-Problems des Dipolfelds erforderlich. QSM ermöglicht Kontraste zwischen grauer Substanz (GM), weißer Substanz (WM), Eisen und Myelin. Durch diese Kontraste lassen sich viele Hirnstrukturen, einschließlich Strukturen, die sich im Hirnstamm befinden, besser visualisieren als in T1- und T2*-gewichteten Bildern.QSM bietet eine vielversprechende Möglichkeit, Hirnstammkerne zu lokalisieren, aufgrund ihrer relativ hohen Suszeptibilitäten. Die Lokalisierung von Hirnstammkernen könnte die patientenspezifische neurochirurgische Planung unterstützen, insbesondere die Implantation von Elektroden zur tiefen Hirnstimulation, einem chirurgischen Eingriff zur Linderung von Symptomen bei der Parkinson-Krankheit, einer häufigen neurodegenerativen Erkrankung. Die MR-Bildgebung des Hirnstamms stellt eine Herausforderung dar, da die Hirnstammkerne klein sind und nahe beieinander liegen, der GM- und WM-Kontrast durch komplexe verflochtene Strukturen vermindert ist und physiologische Geräusche durch Herz- und Atempulswellen verursacht werden.Das Ziel dieser Masterarbeit war es, eine QSM-Verfahrensweise zu entwickeln, um die bestmöglichen Suszeptibilitätskarten zu erzeugen, die aus EPI- und GRE-Sequenzen, sowohl im hohen als auch im ultrahohen Feld, abgeleitet sind. Diese wurden nach ihrer Fähigkeit, die lokale Gewebe-Suszeptibilität zu quantifizieren und subkortikale Hirnstammkerne zu lokalisieren, bewertet. Zusätzlich untersuchte diese Studie Strategien zur Überwindung sowohl der inhärenten Nachteile von EPI als auch der Herausforderungen, die der Hirnstamm mit sich bringt, um Suszeptibilitätskarten von ausreichender Qualität zu erhalten, welche eine eigenständige Option für die schnelle QSM-Bildgebung von Hirnstammkernen darstellen.Es wurde gezeigt, dass die Laplace-Operator-basierte Phasensprungkorrektur, eine Kombination aus BET- und SPM-Gehirnmaskierung, VSHARP-Hintergrundfeldentfernung und STAR-QSM-Dipolinversion sowohl für EPI- als auch für GRE-Bilder die höchste Qualität der Suszeptibilitätskarten ergab. 2-D-EPI-QSM-Bilder ergaben ein ausreichendes Kontrast-Rausch-Verhältnis, um alle sechs analysierten subkortikalen und Hirnstammkerne sowohl im Hoch- als auch im Ultrahochfeld zu lokalisieren. Die Suszeptibilitäten der Hirnstammkerne stimmten im Hochfeld genauer mit den Literaturwerten überein. Darüber hinaus profitierten EPI-QSM-Bilder von der zeitlichen Mittelung mehrerer Messwiederholungen und GRE-QSM-Bilder von echomittelnden Multi-Echo-Aufnahmen.
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