Hoch-beschleunigte verzerrungsfreie diffusion-gewichtete MR-Bildgebung bei ultra-hohen Feldstärken (7T): Charakterisierung der grauen Substanz (DFG)

Single-Shot Echo-Planar Bildgebung (EPI) erlaubt moderat hohe räumliche Auflösung, ist jedoch weit verbreitet aufgrund seiner hohen Zeiteffizienz. EPI wird für viele verschiedene Anwendungen, wie etwa funktionelle MRT (fMRT), Perfusionsbildgebung oder Diffusions-Tensor Bildgebung (DTI) genutzt. EPI ist jedoch sehr empfindlich für Inhomogenitäten des Magnetfeldes durch Unterschiede in den magnetischen Eigenschaften (Suszeptibilität) innerhalb des Untersuchungsobjektes. Aufgrund der sehr geringen effektiven Bandbreite in Phasenkodierrichtung werden hierdurch Phasenänderungen verursacht, die zu starken geometrischen Verzerrungen der Abbildung führen. Zudem sind diese Verzerrungen bei Diffusionsbildgebung durch Wirbelströme der schnell geschalteten starken Gradienten von der Richtung der Diffusionskodierung abhängig. Die Feldstörungen sind proportional zur Stärke des Hauptmagnetfeldes und daher steigen die geometrischen Verzerrungen ebenfalls an und werden bei höchsten Feldstärken wie etwa 7T zu einer echten Herausforderung für die EPI-basierte Bildgebung. In diesem Projekt beabsichtigen wir die Entwicklung, Implementierung und Tests von Verfahren, welche EPI Verzerrungen messen, charakterisieren und korrigieren. Die Entwicklungen werden bei 7T in Testobjekten sowie Probanden und Patienten durchgeführt. Dabei wird die in den Vorarbeiten optimierte Methode zur Verzerrungskorrektur für fMRI Anwendungen implementiert und darüber hinaus für DTI Anwendungen erweitert. Wir erwarten eine deutliche Steigerung der Bildqualität von EPI, wodurch die Sensitivität der Methode erhöht wird und eine genauere Bestimmung der Lokalisation möglich wird. All dies wird ohne Verlängerung der Messzeit erreicht, da sämtliche Messdaten direkt in die Berechnung der DTI Resultate eingehen.

Highly Accelerated Distortion-Free Diffusion-Weighted MR Imaging at Ultra High Field (7T): Gray Matter Characterization (DFG)

Single-shot echo-planar imaging (EPI) is a well-established technique with moderate spatial resolution but high imaging efficiency. It is widely adapted in various brain imaging applications such as functional MRI (fMRI), perfusion weighted MRI, and diffusion tensor imaging (DTI). EPI, however, is very sensitive to inhomogeneities induced by the main magnetic field as well as magnetic susceptibility differences in the object. These effects cause phase disturbances due to the low effective bandwidth in the phase encoding direction, leading to distortions of the image geometry and signal intensity. Moreover, in EPI-based diffusion weighted imaging (DWI), these distortions additionally vary according to the diffusion encoding direction due to eddy currents induced by the rapid and large changes of the magnetic field associated with the ramp-up and ramp-down of these encoding gradients. Since field inhomogeneities are directly proportional to the strength of the main magnetic field, these distortions are increased at high field strengths of 3 Tesla and above, and become a significant obstacle for EPI-based applications at ultra high field (UHF) such as 7T. In this project, we propose the development, implementation and testing of an improved approach to measure, characterise, and compensate strong EPI distortions. The development and evaluation will be performed at 7T in phantoms and human subjects. The project covers an implementation of the improved method for fMRI applications and its further extension for reliable DTI applications. Significantly improved stability and imaging properties of EPI allowing more sensitive experimental results and higher positional accuracy are predicted for the proposed method. This will be achieved without prolonged scan times since all data directly enter the DTI results.