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C. Horn:
"Parameter selective MR-micro-imaging of biomaterials with short T2-times using UTE pulse sequences";
Betreuer/in(nen): G. Badurek, A. Berg; Atominstitut und Med. Univ. Wien, 2012; Abschlussprüfung: 14.03.2012.

Die direkte Visualisierung von Substanzen mit kurzen T2-Zeiten (z.B. Plastik, Zähne) ist mit Standard Magnetresonanz (MR)-Bildgebung kaum möglich, da das Messsignal innerhalb der Detektionszeit größtenteils zerfallen ist. Das Absorptionsspektrum solcher Substanzen ist wesentlich breiter als das von Materialen mit langer T2-Zeit, was sich in einer hohen Empfindlichkeit gegenüber off-resonanter Anregung niederschlägt.
In dieser Arbeit wurde eine MR-Pulssequenz entwickelt, die auf einer existierenden Sequenz für ultrakurze Detektionszeiten (Ultra-short echo time, UTE) basiert, und mit einem off-resonanten Magnetisierungstransfer (MT) Sättigungspuls kombiniert.
UTE-Pulssequenzen sind noch im Erprobungsstadium, aber die Kombination mit MT-Wichtung ist neu und verspricht einen neuartigen Bildkontrast in der Visualisierung von Hartsubstanzen.
Die Implementierung wurde an einem speziellen MR-Mikrogradientensystem realisiert, welches Teil eines Hochfeld-MR-Scanners ist. Verschiedene Teststrukturen (Phantome) und biomedizinische Proben (Sehnen, Bänder etc.) wurden unter Verwendung einer 3-dim. UTE-Sequenz mit radialer k-Raum-Abtastung untersucht.
Durch einen frei konfigurierbaren, vorgeschalteten Sättigungspuls kann ein MT-Kontrast erreicht werden. Die tatsächliche Sequenz-Leistungsfähigkeit wird durch eine Reihe von Qualitätskontrollmessungen eruiert, darunter Messungen bezüglich Bildunschärfe, Auflösungsvermögen, Kantenanhebungsartefakten und MT-Kontrast-Fähigkeiten.
Durch ihre kurzen Detektionszeiten (TEmin =70 µs), erlaubt die UTE-Sequenz die Visualisierung von Substanzen, die für konventionelle Pulssequenzen "unsichtbar" sind. Allerdings zeigt sich auch eine große Empfindlichkeit gegenüber imperfekter Gradientenleistung. Insbesondere zeitliche Ungenauigkeiten im Schaltverhalten äußern sich in Bildartefakten in Form von Kantenanhebungen, die aus Frequenzverschiebungen des Profilsignals resultieren. Diese konnten durch den Einsatz von Korrekturwerten während der Bildrekonstruktion minimiert werden. Durch Vergleichsmessungen mit Standardsequenzen konnte eine plausible Wirksamkeit des MT-Kontrastes in der UTE-Sequenz nachgewiesen werden.
Außerdem werden erste vorläufige Ergebnisse präsentiert, die einige neue Perspektiven und mögliche Anwendungen demonstrieren sollen.
Die Kombination der UTE-Sequenz mit MT-Wichtung bietet einen zusätzlichen Kontrastmechanismus innerhalb von Geweben und Materialen mit sehr kurzen T2-Zeiten. Allerdings ist das räumliche Auflösungsvermögen gegenüber Standardsequenzen stark eingeschränkt.
Außerdem weist der UTE-Bildgebungsteil spezifische Bildartefakte auf, die auf zeitliche Verzögerungen im Gradientenschaltverhalten zurückzuführen sind.

Du to a rapid decay of the magnetic resonance (MR) signal within the detection time frame, the direct visualisation of short-T2 materials (e.g. plastics, tendons, ligaments, dental tissues) is barely achievable. There absorption line shapes are much broader than long-T2 materials resulting in a great sensitivity to off-resonance excitations.
Within this thesis, a new MR-pulse sequence, based on an existing sequence using ultra-short detection times (UTE), was developed in combination with magnetisation transfer (MT) contrast featuring high-power off-resonant saturation pulses. UTE-pulse-sequences are still in an experimental stage, but the new combination with MT-weighting promise a novel image contrast visualising solid materials.
The implementation was done on a specific microimaging system installed at a high-field human MR scanner. Various phantoms and biomedical samples containing short-T2 tissues (tendons, ligaments etc.) were investigated using a 3-dimensional UTE sequence with radial k-space sampling.
MT-contrast could be achieved by a preceding, fully adjustable saturation pulse. In order to evaluate the sequence performance, quality control measurements were performed regarding image blurring, edge enhancement, spatial resolution and MT-contrast capabilities.
With its short detection time (Temin =70 µs), the UTE sequence allows the visualisation of materials remaining "invisible" by conventional MR-imaging. However, it also showed a distinct liability to imperfect gradient performance. In particular switching delays lead to edge enhancement artefacts, which are due to signal frequency shifting. This limitation could be minimised by correction terms during image reconstruction. The plausible effectiveness of MT-contrast along with the UTE sequence was verified by comparing the MT-weighted images of standard sequences to the MT-weighing in UTE-sequences.
Moreover, first preliminary results are presented in order to demonstrate some perspectives and future applications.
The combination of UTE imaging and MT pulse technique provides an additional contrast within tissues with very short T2s, but the spatial resolution is highly limited compared to standard sequences. Moreover, the currently available UTE imaging part exhibits specific artefacts caused by an imperfect gradient timing performance.