A2 – Quantitative DWI and QSM to characterize tissue microstructure

Dieses Projekt ist Teil der Forschungsgruppe (FOR) „Schnelle Kartierung von quantitativen MR bio-Signaturen bei ultrahohen Magnetfeldstärken“. Es konzentriert sich auf die Erweiterung,Beschleunigung und Verbesserung der Diffusions- und quantitativen Suszeptibilitäts-Magnetresonanztomographie. Das Arbeitsprogramm ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil wird ein beschleunigtes Protokoll für die klinischen Projekte der FOR vorbereitet.

Im zweiten Teil sollen eine weitere Beschleunigung sowie Qualitätsverbesserungen erreicht werden. Konkret werden wir eine lokal niedrigrangig regularisierte echoplanare Bildgebungssequenz für die diffusionsgewichtete Bildgebung implementieren. Sie nutzt Datenredundanzen bei Akquisitionen mit mehreren Diffusionskodierungen, um das Signal Rausch-Verhältnis effektiv zu erhöhen und damit den Akquisitionsprozess zu beschleunigen. Die Sequenz wird im Wesentlichen beliebige Diffusionskodierungsmöglichkeiten ermöglichen (z.B. b-Tensor-
Kodierung). In einem zweiten Schritt werden wir eine verschachtelte Mehrschuss-Version dieser Sequenz entwickeln, um Bildverzerrungen zu reduzieren, die bei der 7-Tesla echoplanaren Bildgebung störend sind. Für die quantitative Suszeptibilitätskartierung (QSM) werden wir eine Sequenz mit einer Stack-of-Stars-Aufnahmetrajektorie implementieren. Da die Magnitudenbilder von Gradientenechosequenzen, die zu unterschiedlichen Echozeiten akquiriert werden, Datenredundanzen aufweisen, die mit denen von diffusionskodierten Bildern vergleichbar sind, werden wir bei der Bildrekonstruktion ebenfalls eine lokale Regularisierung niedrigen Ranges verwenden. Die radialen Trajektorien dieser Sequenz sollten für eine unterabgetastete und damit beschleunigte Bildrekonstruktion
gut geeignet sein.

In einem zweiten Schritt werden wir die Fähigkeiten unserer Sequenz durch eine quasi-kontinuierliche Echozeit Abtastung erweitern, bei dem jede Speiche ihre eigene optimierte Echozeit hat. Dies wird eine verbesserte Qualität der QSM ermöglichen, wenn Fett im Bild vorhanden ist, wie es häufig bei Muskeluntersuchungen und in der Brustbildgebung der Fall ist. Bezüglich der QSM-Rekonstruktion werden wir Verfahren des tiefen Lernens entwickeln, um eine qualitativ hochwertige Rekonstruktion mit einer geringeren Menge an Bilddaten als bei herkömmlichen Rekonstruktionsansätzen zu ermöglichen. Wir werden bestehende neuronale Netzwerke von niedrigeren Feldstärken auf 7 T anpassen und deren Fähigkeiten so erweitern, dass wir auch atemzyklusabhängige Feldkarten Dieses Projekt wird parallele Sendemethoden (pTx) vom pTx-Projekt der FOR erhalten. Wir werden die entwickelten Sequenzen nach dem ersten Jahr an die klinischen Projekte der FOR liefern. Darüber hinaus werden wir wesentliche Auswerte- und Bildrekonstruktionsmethoden an die anderen Projekte der FOR transferieren und quasi-kontinuierliche Echozeiten in die Rekonstruktion integrieren können.

Projektleitung: Florian Knoll und Frederik Laun