English Title: Sodium Magnetic Resonance Imaging : Development of a 3D Radial Acquisition Technique with optimized k-space sampling density and high SNR-efficiency

Preview

PDF, German Download (14MB) | Terms of use

Abstract

Eine 3D radiale k-Raum-Auslesetechnik mit homogener Verteilung der Abtastdichte (DA-3D-RAD) wird vorgestellt. Diese Messtechnik ermöglicht die für die 23Na-MRT notwendigen kurzen Echozeiten (TE < 0,5 ms) und weist eine hohe SNR-Effizienz auf. Die Form der Auslese-Gradienten ist dabei so gewählt, dass die mittlere Abtastdichte in jeder k-Raum-Schale konstant ist. Die DA-3D-RAD-Sequenz ermöglicht bei vernachlässigbarer T2*-Relaxation ein bis zu 34% höheres SNR als eine konventionelle 3D radiale Sequenz (3D-RAD). Dieser SNR-Vorteil vergrößert sich bei Vorhandensein von T2*-Relaxation, so dass im Hirngewebe 1,5 bis 1,8-fach höhere SNR-Werte als bei der 3D-RAD-Sequenz erzielt werden. Simulationen und experimentelle Messungen zeigen, dass zudem bei T2*-Relaxation mit der DA-3D-RAD-Sequenz eine bessere Auflösung erreicht wird und in Anwesenheit von B0-Inhomogenitäten geringere Bildartefakte auftreten. Mit der entwickelten Messsequenz wurden T1-, T2*- und Inversion-Recovery-23Na-Bildkontraste bei verschiedenen Organen erzeugt und 23Na-Relaxationszeiten gemessen (Hirngewebe: T1 = 29,0 ± 0,3 ms; T2s* = 4 ms; T2l* = 31 ms; Liquor-Flüssigkeit: T1 = 58,1 ± 0,6 ms; T2* = 55 ± 3 ms; (B0 = 3 T)). Die T1- und T2*-Relaxationszeiten der Liquor-Flüssigkeit sind unabhängig von den verwendeten Magnetfeldstärken (B0 = 3 T/7 T), bei Hirngewebe steigen sie mit der Magnetfeldstärke an. Des Weiteren wurden bei Patienten 23Na-Signale von Ödemen unterdrückt und somit selektiv Signale von verschiedenen Gewebe-Arealen detektiert.

Translation of abstract (English)

A 3D radial k-space acquisition technique with homogenous distribution of the sampling density (DA-3D-RAD) is presented. This technique enables short echo times (TE < 0,5 ms), that are necessary for 23Na-MRI, and provides a high SNR-efficiency. The gradients of the DA-3D-RAD-sequence are designed such that the average sampling density in each spherical shell of k-space is constant. The DA-3D-RAD-sequence provides 34% more SNR than a conventional 3D radial sequence (3D-RAD) if T2*-decay is neglected. This SNR-gain is enhanced if T2*-decay is present, so a 1,5 to 1,8 fold higher SNR is measured in brain tissue with the DA-3D-RAD-sequence. Simulations and experimental measurements show that the DA-3D-RAD sequence yields a better resolution in the presence of T2*-decay and less image artefacts when B0-inhomogeneities exist. Using the developed sequence, T1-, T2*- and Inversion-Recovery-23Na-image contrasts were acquired for several organs and 23Na-relaxation times were measured (brain tissue: T1 = 29,0 ± 0,3 ms; T2* = 4 ms; T2l* = 31 ms; cerebrospinal fluid: T1 = 58,1 ± 0,6 ms; T2* = 55 ± 3 ms (B0 = 3 T)). T1- und T2*-relaxation times of cerebrospinal fluid are independent of the selected magnetic field strength (B0 = 3T/7 T), whereas the relaxation times of brain tissue increase with field strength. Furthermore, 23Na-signals of oedemata were suppressed in patients and thus signals from different tissue compartments were selectively measured.