Titelaufnahme

Titel
Phase information in magnetic resonance imaging / Alexander Rauscher
VerfasserRauscher, Alexander
Begutachter / BegutachterinMoser, Ewald ; Reichenbach, Jürgen
Erschienen2005
Umfang161 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)NMR / Phasenbildgebung / Blutoxygenierung / Suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung / SWI / Phase Unwrapping / Feldinhomogenität / fMRI / Gehirn / MR Mammographie
Schlagwörter (EN)NMR / Phase Imaging / Blood Oxygenation / Susceptibility Weighted Imaging / SWI / Phase Unwrapping / Magnetic Field Inhomogeneity / fMRI / Brain / MR Mammography
Schlagwörter (GND)Kernspintomografie / Schwingungsphase / Bilderzeugung / Magnetfeld / Heterogenität
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-17773 Persistent Identifier (URN)
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Phase information in magnetic resonance imaging [22.8 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

This thesis deals with phase information in magnetic resonance imaging, with a focus on local changes in the static magnetic field produced by structures of different magnetic susceptibility, and their manifestation in the phase of the complex magnetic resonance (MR) signal. Such structures are e.g. venous vessels, where changes in venous blood oxygenation are reflected in the local field distribution and are thus detectable by MR methods.

Following two introductory chapters on the theory of NMR and MR-imaging (MRI), the properties of blood are discussed. Using a two compartment model describing the vein as a straight cylinder of infinite length embedded in a medium of different magnetic susceptibility, the effects of parameters such as vessel diameter, blood oxygenation, and orientation of the vein with respect to the magnetic field are simulated. These parameters influence the local magnetic field near venous vessels and hence the signal in gradient echo sequences.

Modulations of blood oxygenation induced by breathing of oxygen or carbogen (95-98% O2 + 2-5% CO2) lead to a modulation of the signal in susceptibility weighted images (SWI) and the reaction of the human brain (as detected by SWI) to such modulation was investigated in healthy subjects and in patients with cerebral tumors. Improvements (phase unwrapping) in post processing of SWI allowed to assess the variation of extravascular field inhomogeneities caused by variations in blood oxygenation. This variation is the basis of the blood oxygenation signal dependency (BOLD) effect. Based on phase unwrapping the technique of susceptibility weighted phase imaging was developed and applied to neuroimaging.

High resolution phase maps are also the basis of of the investigation of spin dephasing in macroscopic field inhomogeneities. A phase map based method to optimize scan parameters in echo planar imaging was developed.

The concept of spins precessing at different frequencies can also be applied to the chemical shift between fat and water. In dynamic MR mammography the MR-signal of fat was used to improve visibility of small tumors adjacent to or embedded in fatty tissue.

Zusammenfassung (Englisch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Phaseninformation in der Magnetresonanztomographie. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung lokaler Änderungen der magnetischen Feldstärke, die durch Strukturen unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität hervorgerufen werden und deren Manifestation in der Phase des komplexwertigen MR-Signals.

Insbesondere Venen sind hier von Interesse, da Veränderungen der Blutoxygenierung sich in einer Veränderung der magnetischen Suszeptibilität des venösen Blutes und letztlich in der lokalen Feldverteilung niederschlagen. Venen werden als unendlich lange Zylinder modelliert, wobei das Partialvolumen, das eine Vene im Voxel einnimmt, die Orientierung der Vene zum äußeren Magnetfeld sowie der physiologisch wichtigen Parameter der Blutoxygenierung berücksichtigt werden. Diese Parameter wirken sich auf die lokale Feldverteilung in der Nähe von Blutgefäßen aus und damit auf das Relaxationsverhalten des Signals von Gradientenechosequenzen.

Eine Modulation der Blutoxygenierung durch Atemgase unterschiedlicher Sauerstoffkonzentration, wie Karbogen (95-98% O2+2-5% CO2) oder Sauerstoff, führt daher zu einer Modulation des Signals. Die Kombination einer starken Modulation der Blutoxygenierung mit der hohen räumlichen Auflösung von suszeptibilitätsgewichteten Bildern (susceptibility weighted images - SWI), einer Technik, die Magnitude und Phase in einem Bild vereint, erlaubte erstmals eine Visualisierung des BOLD (Blood Oxygenation Level Dependency) Effektes für ein einzelnes größeres Blutgefäß.

Eine Methode (Phaseunwrapping) zur Elimination von Sprüngen zwischen -Pi und +Pi in den Phasenbildern führte zu einer Verbesserung von SWI. Mit dem Phaseunwrapping kann man nun direkt die Phase von SWI-Daten betrachten und ihren Informationsgehalt als weiteren Aspekt ein und desselben Scans heranziehen.

Hochaufgelöste Phasenbilder bilden auch die Grundlage der Untersuchung der Spindephasierung in makroskopischen Feldinhomogenitäten. In Kapitel VIII wird eine Methode der phasenbildbasierten Optimierung von Messparametern in der Echo Planar Bildgebung vorgestellt.