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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Phasenbildgebung und Suszeptibilitätsrekonstruktion

In den letzten Jahren haben Phasendaten aus MR-Messungen mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Die Untersuchung von Phaseninformationen ermöglicht detailreiche Einblicke in die Mikrostruktur und die elektromagnetischen Eigenschaften von Gewebe, insbesondere die Feldverteilung und die magnetische Suszpetibilität. Phase, Feld und Suszeptibilität entwickeln sich derzeit zu potentiellen neuen diagnostischen Hilfsmitteln.

Verarbeitung der Phasendaten

Die Berechnung von Feldverteilungen erfordert eine geeignete Vorbereitung der Messdaten. Das Rekombinieren von Phasdendaten, welche mit Mehrkanal-Empfangsspulen aufgezeichnet wurden, ist bedeutend schwieriger als die ausschließliche Betrachtung von Magnitudendaten und muss daher mit Sorgfalt durchgeführt werden. Unwrapping ist ein essentieller Schritt, um Rohdaten zu entfalten und so die tatsächliche Phasenentwicklung im Messobjekt zugänglich zu machen. Da dies in mehreren Dimensionen geschehen muss, ist die Prozedur kompliziert und erfordert hohen Prozessierungsaufwand. Wir entwickeln Methoden, welche die Prozessierungszeit deutlich reduzieren, jedoch zugleich eine hohe Ergebnisqualität sicherstellen.

Feldverteilung

Die Feldverteilung wird von der zeitlichen Entwicklung der Phase (nach Unwrapping) abgeleitet. Diese kann beispielsweise mit multiple-echo Gradienten-Echo-Sequenzen bestimmt werden. Ein Schwerpunkt unserer Forschung ist die korrekte Separation des beobachteten Feldes in (a) Feldverzerrungen mit externem Ursprung und (b) einen Anteil, der nur gewebe-induzierte Feldverzerrungen beinhaltet. Die Identifikation und Beseitigung der externen Einflüsse ermöglicht Einsichten in die Gewebe-Mikrostruktur, die mit anderen Modalitäten nicht möglich sind. Derartige Verfahren sind beispielsweise Tiefpass-Filter (z.B. Gauss), Projektion auf Kugelflächenfunktionen (z.B. der in unserer Gruppe entwickelte SPHINX Algorithmus [1]) oder eine kürzlich von uns entwickelte Filterkette, welche die verschiedenen externen Ursachen für Feldverzerrungen in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten addressiert.

Suszeptibilitäts-Rekonstruktion

Die Rekonstruktion von Suszeptibilitätsverteilungen is höchst relevant für die medizinische Bildgebung. Sie ermöglicht die Klassifizierung von Gewebearten, komplementär zu konventionellen MR-Parametern.

Zudem können pathologische Veränderungen (z.B. MS Läsionen) untersucht werden. Eine direkte Deutung der Phasen- oder Feldverteilung wird jedoch durch die Abhängigkeit des Phasenkontrasts von der relativen Orientierung der beobachteten Strukturen zur Richtung des statischen Magnetfeldes erschwert. Gängige Rekonstruktionsalgorithmen verwenden hauptsächlich Ansätze, die auf Entfaltung basieren, um die einer gemessenen Feldverteilung zugrunde liegende Suszeptibilitätsverteilung zu bestimmen (e.g. [2]).
Der Einfluss des lokalen Suszeptibilitätskontrasts im Gewebe steigt mit der Stärke des statischen Magnetfelds. Zudem sorgt der lineare bis quadratische Gewinn an SNR für stärkere Felder für eine bessere Unterscheidbarkeit von kleinen Signaländerungen und Rauschen. Die Beschreibung feiner Änderungen im Gewebe wird erst bei hohen Feldstärken, z.B. an 9.4T Human- oder Tiertomographen, möglich.

Phase Imaging and Susceptibility Reconstruction

Beisipiel für Phasendaten-Verarbeitung: 


  • Das oberste Bild zeigt rekombinierte Phasendaten einer in vivo Messung bei 3T.
  • Unwrapping ermöglicht die Berechnung der Feldverteilung (links)

  • Feldverzerrungen mit externem Ursprung werden beseitigt (unten)
  • Die Suszeptibilitätsverteilung wird basierend auf der lokalen Feldverteilung rekonstruiert

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Dr. Ana-Maria Oros-Peusquens (Teamleiter)

Dipl.-Phys. Johannes Lindemeyer


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