Quantitative Characterization of Lung Tissue Using Proton MRI

• Main Author: Carinci, Flavio
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2017
• Subjects: Kernspintomografie; Lunge; ddc:530
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/15118; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151189; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151189; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15118/Carinci_Flavio_Lung_Tissue.pdf

The focus of the work concerned the development of a series of MRI techniques that were specifically designed and optimized to obtain quantitative and spatially resolved information about characteristic parameters of the lung. Three image acquisition techniques were developed. Each of them allows to quantify a different parameter of relevant diagnostic interest for the lung, as further described below: 1) The blood volume fraction, which represents the amount of lung water in the intravascular compartment expressed as a fraction of the total lung water. This parameter is related to lung perfusion. 2) The magnetization relaxation time T\(_2\) und T� *\(_2\) , which represents the component of T\(_2\) associated with the diffusion of water molecules through the internal magnetic field gradients of the lung. Because the amplitude of these internal gradients is related to the alveolar size, T\(_2\) und T� *\(_2\) can be used to obtain information about the microstructure of the lung. 3) The broadening of the NMR spectral line of the lung. This parameter depends on lung inflation and on the concentration of oxygen in the alveoli. For this reason, the spectral line broadening can be regarded as a fingerprint for lung inflation; furthermore, in combination with oxygen enhancement, it provides a measure for lung ventilation. === Die Magnetresonanztomographie (MRT) stellt ein einzigartiges Verfahren im Bereich der diagnostischen Bildgebung dar, da sie es ermöglicht, eine Vielzahl an diagnostischen Informationen ohne die Verwendung von ionisierenden Strahlen zu erhalten. Die Anwendung von MRT in der Lunge erlaubt es, räumlich aufgelöste Bildinformationen über Morphologie, Funktionalität sowie über die Mikrostruktur des Lungengewebes zu erhalten und diese miteinander zu kombinieren. Für die Diagnose und Charakterisierung von Lungenkrankheiten sind diese Informationen von höchstem Interesse. Die Lungenbildgebung stellt jedoch einen herausfordernden Bereich der MRT dar. Dies liegt in der niedrigen Protondichte des Lungenparenchyms begründet sowie in den relativ kurzen Transversal- Relaxationszeiten T\(_2\) und T� *\(_2\) , die sowohl die Bildau� ösung als auch das Signal-zu-Rausch Verhältnis beeinträchtigen. Des Weiteren benötigen die vielfältigen Ursachen von physiologischer Bewegung, welche die Atmung, den Herzschlag und den Blut� uss in den Lungengefasen umfassen, die Anwendung von schnellen sowie relativ bewegungsunemp� ndlichen Aufnahmeverfahren, um Risiken von Bildartefakten zu verringern. Aus diesen Gründen werden Computertomographie (CT) und Nuklearmedizin nach wie vor als Goldstandardverfahren gehandhabt, um räumlich aufgelöste Bildinformationen sowohl über die Morphologie als auch die Funktionalität der Lunge zu erhalten. Dennoch stellt die Lungen- MRT aufgrund ihrer Flexibilität sowohl eine vielversprechende Alternative zu den anderen Bildgebungsverfahren als auch eine mögliche Quelle zusätzlicher diagnostischer Informationen dar. ...