English Title: Small animal imaging on a 1.5 T MR system : techniques for 0.01-mm3 resolution, T1 determination, and flow-compensated Selfgating

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Abstract

An klinischen Ganzkörper-Magnetresonanz (MR)-Tomographen ist die hochaufgelöste anatomische Bildge-bung, die Bestimmung der longitudinalen Relaxationszeit T1 und die Kompensation von physiologischen Bewegungen bei Kleintieren schwierig. Darum wurde in der vorliegenden Arbeit eine klinische Spinecho-Sequenz so modifiziert, dass post mortem Aufnahmen einer neugeborenen Maus mit einer Voxelgröße von nur 240×210×210 µm3 realisiert werden konnten. Zur Bestimmung von T1 wurden zwei Verfahren entwickelt: Das erste Verfahren, die Segmented Saturation Re¬covery turboFLASH-Pulssequenz mit aperiodischer Sättigung (APS-SSRTFL), bietet eine schnelle und von Anregungs¬feld¬in¬homo¬genitäten weitgehend unabhängige Alternative zu konventionellen Inversion Reco-very-Sequenzen. Die zweite Methode, eine Kombination des driven-equilibrium single-pulse observation of T1 (DESPOT)-Verfahrens mit einem Gleitfenster (sliding window, sw), ermöglicht im Gegensatz zur APS-SSRTFL eine dynamische Messung in 3D. Während einer Kontrastmittelstudie konnte mit sw-DESPOT T1 mit einer Zeitauflösung von 10 s gemessen werden. Die Kompensation von physiologischen Bewegungen wurde mit dem Selfgating-Verfahren realisiert, bei dem aus dem MR-Signal ein Trigger zur Bewegungskorrektur abgeleitet wird. Hierfür wurde eine optimierte Flusskompensation mit bipolaren Gradienten umgesetzt. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden werden bereits für die vorklinische Forschung an Kleintieren an Ganzkörper-MR-Systemen eingesetzt.

Translation of abstract (English)

Using clinical magnetic resonance (MR) systems it is difficult to perform highly resolved anatomical imag-ing, to determine the longitudinal relaxation rate T1, and to compensate for physiological motion in small animals. Therefore, in this work a clinical spin echo sequence was modified such that post mortem imaging of a new-born mouse with a voxel size of only 240×210×210 µm3 was possible. Two methods were developed to determine T1. The first method, the segmented saturation recovery turbo-FLASH pulse sequence with aperiodic saturation (APS-SSRTFL), offers a fast alternative to conventional inversion recovery sequences that is to a large extent independent of excitation field inhomogeneities. The second method, a combination of the driven-equilibrium single-pulse observation of T1 (DESPOT)-method with a sliding window reconstruction, allows in contrast to APS-SSRTFL for a dynamic measurement of T1 in 3D. During a contrast agent study, T1 could be monitored with a temporal resolution of 10 s using sw-DESPOT. The compensation of physiological motion was realized using the Selfgating-technique, where a trigger for motion compensation is derived from the MR signal. Optimized flow compensation with bipolar gradients was realised. The developed techniques are already being used in preclinical research on small animals in clinical whole-body MR systems.