T1 mätningar i hjärnan med MP2RAGE vid 7T - Effekter av B1+ fältet och inversionspulsen

Beskrivning

Den mänskliga hjärnan är ett anmärkningsvärt organ som formar våra mest komplexa tankar och medvetande. Ändå består den huvudsakligen av två typer av vävnader och en vätska, d.v.s. vit vävnad, (WM), grå vävnad (GM) och cerebrospinalvätska (CSF). Vit substans finns framförallt i de segment i centrala nervsystemet (CNS) som består av myeliniserade axoner och möjliggör långväga kommunikation mellan flera områden av grå vävnad samt överföring av nervimpulser mellan axoner i hjärnan. Grå vävnad å andra sidan kännetecknar de områden av hjärnan där neuronala cellkroppar (soma) är belägna. När det gäller CSF sker dess produktion i kammarna där den absorberas av blodomloppet, vilket möjliggör transport av näring till olika delar av hjärnan och ryggmärgen.
Dessa olika vävnader har olika biofysiska egenskaper vilket inom MR-avbildning (MRI) kan utnyttjas för att skilja mellan dem. Sådana egenskaper är till exempel den longitudinella relaxationstiden (T1), den transversella relaxationstiden (T2), den effektiva transversella relaxationstiden (T2*) och protondensiteten (PD). T1 är relaterad till koncentrationen av myeliniserade axoner, järn och makromolekyler i hjärnan, vilket gör den värdefull för strukturell MRI. Speciellt för undersökningar av atrofi vid neurodegenerativa sjukdomar (Alzheimers, Parkinsons etc.) i hjärnan. I detta arbete fokuserar vi på att bestämma T1-relaxationstiden i WM, GM och CSF genom att utnyttja ett ultrahögt magnetiskt fält (UHF) på 7 T. Den höga magnetfältsstyrkan underlättar avbildning av anatomiska strukturer samt undersökning av patologiska förändringar i hjärnan. Dock så lider UHF av ökad inhomogenitet hos både de mottagande B1- och sändande B1+ -fälten vilket inducerar spatiala variationer i bildintensiteten.
För att mildra denna variaton har en viss teknik fått uppmärksamhet inom strukturell MR på ultrahöga fält (≥ 7T). Denna teknik är Magnetization Prepared 2 Rapid Acquisition Gradient Echoes (MP2RAGE), vilket är en mer sofistikerad utveckling av MPRAGE-sekvensen. Tanken bakom MP2RAGE är att minska påverkan av flippvinkelinhomogeniteter på grund av den ökade inhomogeniteten hos B1+ samt signalvariationer p.ga. B1-. Dessutom kan signalvariationer p.g.a. skillnader i protondensitet och T2* elimineras. Detta görs genom att beräkna det regelbundna signalförhållandet mellan två komplexa MPRAGE-bilder som erhållits vid olika inversionstider (TI) inom en cykel. Av denna anledning är MP2RAGE sekvensen av intresse i detta arbete. Dock, trots använding av MP2RAGE-sekvensen, så kan kvarvarande effekter av variationer i B1+ fortfarande observeras. Detta kan resultera i minskad noggrannhet i de beräknade T1-värdena. En annan faktor som kan påverka noggrannheten i uppskattad T1 är inversionspulsens effektivitet.
Således, vårt mål med detta arbete var att bestämma inversionseffektivitetsfaktorn på en 7T Philips MR-kamera samt undersöka möjligheten att förbättra noggrannheten i de uppskattade T1-värdena genom att använda en lokal flippvinkelkarta. Dessutom har vi skapat ett simuleringsverktyg för att underlätta utvärderingen och förståelsen av utvecklingen av den longitudinella magnetiseringen under en MPRAGE eller MP2RAGE sekvens. Verktyget kan även användas till att simulera fler än två utläsningståg med arbiträra flippvinklar. Även hur signalen och den longitudinella magnetiseringen påverkas på grund av ovan nämnda faktorer undersöktes. Slutligen genomfördes en jämförelse mellan två inversionspulser för att studera deras inverkan på MP2RAGE-bilderna och T1-uppskattningen.

Period	2020 aug. 31 → 2021 jan. 17
Examinerad/handledd person	Mustafa Kadhim
Examination/handledning vid	Medicinsk strålningsfysik, Lund
Omfattning	Nationell