Methodische und technische Weiterentwicklung der 3-He-MRT im Hinblick auf erweiterte lungendiagnostische Anwendungsmöglichkeiten

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten und Limitierungen der MR-Lungenbildgebung mit hyperpolarisiertem 3-He bei gegenüber üblichen Magnetfeldstärken reduzierten magnetischen Führungsfeldern. Dabei werden insbesondere auch die funktionellen Bildgebungstechniken (dynamische Bildgebung, diffusionsgewichtete Bildgebung und Bestimmung des Sauerstoff-Partialdrucks) berücksichtigt. Experimentell geschieht dies durch in vivo Messungen an einem 0.1 T-Ganzkörpertomographen. Zur systematischen Untersuchung der MR-Bildgebung unter dem Einfluss diffundierender Kontrastmittel werden analytische Simulationen, Monte-Carlo-Studien und Referenzexperimente durchgeführt. Hier wird das Augenmerk besonders auf den Einfluss von Diffusions- und Suszeptibilitätsartefakten auf die morphologische und die diffusionsgewichtete Bildgebung gerichtet. Die Entwicklung und der Vergleich verschiedener Konzepte zur Erzeugung von MR-Führungsmagnetfeldern führt zur Erfindung eines neuartigen Prinzips zur weiträumigen Homogenisierung von Magnetfeldern. Die Umsetzung dieses Prinzips erfolgt in Form eines besonders kompakten Transportbehälters für kernspinpolarisierte Edelgase. Die Arbeit beinhaltet eine ausführliche Diskussion der MR- Bildgebungstechnik in Theorie und Praxis, um die Anknüpfungspunkte an die angestellten Untersuchungen herauszuarbeiten.

Teile dieser Studien wurden von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA finanziert (Contract No.15308/01/NL/PA).

The present thesis explores chances and limitations of MR lung imaging with hyperpolarized 3-He at magnetic guiding fields significantly lower than usual. This includes in particular functional imaging techniques (dynamic imaging, diffusion weighted imaging and determination of the local oxygen partial pressure). Experimental in vivo studies on a 0.1 T whole body MR-scanner are performed for this purpose. For systematic investigations of MRI under the influence of diffusing contrast agents, analytic simulations, Monte Carlo studies and reference experiments are performed. Here, attention is turned especially to the influence of diffusion- and susceptibility induced artifacts on morphological and diffusion weighted imaging. The development and comparison of different concepts for MR guiding field magnets leads to the invention of a novel principle for the wide-ranging homogenization of magnetic fields. This principle is realized in the form of an eminently compact transport box for spin-polarized noble gases. The thesis includes a detailed discussion of theoretical and experimental aspects of MR image reconstruction to emphasize the points of contact to the conducted investigations.

Parts of this study were funded by the European Space Agency ESA (Contract No. 15308/01/NL/PA).