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Development of Advanced Acquisition and Reconstruction Techniques for Real-Time Perfusion MRI

by Volkert Brar Roeloffs
Doctoral thesis
Date of Examination:2016-06-16
Date of issue:2017-01-09
Advisor:Prof. Dr. Jens Frahm
Referee:Prof. Dr. Jens Frahm
Referee:Prof. Dr. Marina Bennati
Referee:Prof. Dr. Michael Bock
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-6061

 

 

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Name:PhD_Thesis_Volkert_Roeloffs_fastWebView_publ...pdf
Size:11.2Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

This thesis concentrates on methodological developments in both acquisition and reconstruction techniques when applying concepts from real-time imaging to the field of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging. In particular, a novel spoiling technique based on randomized radiofrequency phases is proposed to suppress undesired image artifacts. This technique allows fast, artifact-free acquisition of radially sampled T1 weighted data sets. The reconstruction of quantitative parameter maps from such data sets can be considered as a nonlinear inverse problem. In this work, a model-based reconstruction technique for quantitative T1 mapping is developed that solves this inverse problem by the iteratively regularized Gauss-Newton method with parameter-specific regularization. Accuracy and precision of the method is assessed in numerical simulation, in vitro and in vivo studies. This new method finds its direct application in first-pass perfusion experiments performed in vitro. In these experiments, a commercial phantom is employed to mimic perfusion similar to in vivo situations with full control over the involved exchange rates.
Keywords: real-time MRI; radial MRI; model-based reconstruction; T1 mapping; T1 relaxometry; spoiling; Golden Angle; DCE; perfusion

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Diese Doktorarbeit befasst sich mit der methodischen Entwicklung von Akquisition- und Rekonstruktionstechniken zur Anwendung von Echtzeit-Bildgebungstechniken auf das Gebiet der dynamischen kontrastmittelgestützten Magentresonanztomographie. Zur Unterdrückung unerwünschter Bildartefakte wird eine neue Spoiling-Technik vorgeschlagen, die auf randomisierten Phasen der Hochfrequenzanregung basiert. Diese Technik erlaubt eine schnelle, artefaktfreie Aufnahme von T1-gewichteten Rohdaten bei radialer Abtastung. Die Rekonstruktion quantitativer Parameterkarten aus solchen Rohdaten kann als nichtlineares, inverses Problem aufgefasst werden. In dieser Arbeit wird eine modellbasierte Rekonstruktionstechnik zur quantitativen T1-Kartierung entwickelt, die dieses inverse Problem mittels der iterativ regularisierten Gauß-Newton-Methode mit parameterspezifischer Regularisierung löst. In Simulationen sowie in-vitro- und in-vivo-Studien wird Genauigkeit und Präzision dieser neuen Methode geprüft, die ihre direkte Anwendung in in-vitro-Experimenten zur "first-pass"-Perfusion findet. In diesen Experimenten wird ein kommerziell verfügbares Phantom verwendet, dass in-vivo-Perfusion simuliert und gleichzeitig vollständige Kontrolle über die vorherrschenden Austauschraten erlaubt.
 

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