Es sollte mittels eines Flussphantoms evaluiert werden, ob die noch recht junge Technik der beschleunigten vierdimensionalen MR-Flussmessungen – die 4D k-t GRAPPA-Technik –valide quantitative Untersuchungsergebnisse liefert. Des Weiteren sollte überprüft werden, ob diese Technik der beschleunigten parallelen Bildgebung es ermöglicht, vierdimensionale MR-Flussmessungen mit deutlich reduzierter Scanzeit, aber gleicher Bildqualität und Genauigkeit im Vergleich zu konventionellen 2D-Flussmessungen zu akquirieren. Wir verglichen 4D k-t GRAPPA-Messungen mit einer 4D GRAPPA- und einer konventionellen 2D-GRAPPA-Flusssequenz. Alle Messungen wurden fünffach beschleunigt durchgeführt. Als Messobjekt diente ein selbst konstruiertes Flussphantom, welches mit zwei verschiedenen Pumpen für kontinuierlichen und pulsatilen Fluss betrieben wurde. Die am Flussphantom eingestellten Flussvolumina und die daraus errechneten Flussgeschwindigkeiten wurden jeweils als Referenzwerte festgelegt. Für die Analyse der 4D-Datensätze wurde eine eigens entwickelte Software „Bloodline“ verwendet. Ausgewertet wurden die Flussvolumina, sowie die mittleren Fluss- und Spitzenflussgeschwindigkeiten. Abweichungen von ≤ 0,1 l/min für Flussvolumina, bzw. ≤ 5 cm/s für Flussgeschwindigkeiten wurden zuvor als klinisch akzeptabel festgelegt. Es zeigten sich exzellente Korrelationen (r = 0,99 – 1,0) aller MR-Flusssequenzen mit den Referenzwerten, sowie eine hervorragende Reproduzierbarkeit (r = 0,99) für alle Sequenzen. Die Flussvolumen-Messungen bei kontinuierlichem Fluss erbrachten mit allen MR-Sequenzen Abweichungen zu den Referenzwerten von ≤ 0,1 l/min (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 0,1 l/min; 4D GRAPPA -0,1 - 0,08 l/min; 4D k-t GRAPPA -0,08 - 0,1 l/min). Die Abweichungen bei Flussgeschwindigkeits-Messungen waren für alle Sequenzen ≤ 1,0 cm/s (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s; 4D GRAPPA -1,8 - 1,8 cm/s; 4D k-t GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s). Im Vergleich der MR-Flussmessungen untereinander zeigten die Messwerte der konventionellen 2D-Flussmessung die besten Übereinstimmungen mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (LOA für Flussvolumen -0,08–0,08 l/min; LOA für Flussgeschwindigkeiten -0,8–0,8 cm/s). Zwischen den drei verwendeten Flusssequenzen ergaben sich bei Phantom-Untersuchungen mit kontinuierlichem Fluss also hervorragende Übereinstimmungen ohne klinisch relevante Abweichungen. Für pulsatilen Fluss zeigten sich ebenfalls hervorragende Korrelationen zwischen den Untersuchungsergebnissen aller verwendeten MR-Flusssequenzen (r = 0,99 – 1,0). Besonders die Messergebnisse der mittleren Flussgeschwindigkeiten erbrachten sehr gute Übereinstimmungen zwischen allen drei Flusssequenzen mit Abweichungen der 4D k-t GRAPPA-Sequenz zu 2D GRAPPA von 0,0 cm/s (LOA 0,0 - 1,9 cm/s), bzw. zur 4D GRAPPA-Sequenz von 1,0 cm/s (LOA -0,9 - 1,9 cm/s). Vor allem für Messungen der Flussvolumina (Abweichung 0,2 l/min, LOA 0,0 - 0,4 l/min) und Spitzenflussgeschwindigkeiten (Abweichung 2,0 cm/s, LOA 0,0 - 3,9 cm/s) ergaben k-t GRAPPA-Messungen leicht höhere Messwerte im Vergleich zu den anderen Flusssequenzen. Nach den zuvor bestimmten Entscheidungsgrenzen mussten diese Abweichungen als klinisch relevant eingestuft werden. Bei fehlenden Werten für tatsächlich geförderte Flussvolumina konnte jedoch keine Aussage darüber getroffen werden, welche Sequenzen den tatsächlichen Werten näher kamen. In vergleichbaren Studien wurden solche fünffach beschleunigte k-t GRAPPA-Messungen mit lediglich zweifach beschleunigten GRAPPA-Untersuchungen verglichen und zeigten bessere Übereinstimmungen zu Referenzwerten. Wir stellten demnach die Hypothese auf, dass die fünffache Beschleunigung der GRAPPA-Sequenzen aufgrund der zeitlichen Unschärfe zu einer Unterschätzung der Messwerte führt und die Ergebnisse der k-t GRAPPA-Messungen näher an den tatsächlichen Werten liegen sollten. Die Messungen wurden mit optimalen Venc-Einstellungen durchgeführt; die in etwa zu erwartenden maximalen Flussgeschwindigkeiten waren aus Vorversuchen bekannt. Auch eine Erhöhung der Venc auf etwa das Doppelte der Spitzenflussgeschwindigkeit wirkte sich nicht signifikant auf die Messergebnisse der Flussmessungen aus. Eine fehlerhafte Festlegung der Messebene hingegen (Messebene nicht orthogonal zum Hauptflussvektor) führte zu zunehmenden Unterschätzungen von Flussvolumen und mittlerer Flussgeschwindigkeit in der 2D-Messung, während beide 4D-Messungen davon nicht betroffen waren. Die Scanzeit konnte mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (etwa 1:30 min) im Vergleich zu 4D GRAPPA-Messungen (3:45 min) erheblich reduziert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bestärken das Vorhaben, die fünffach beschleunigte 4D k-t GRAPPA-Sequenz in einem nächsten Schritt auch für Probanden- und schließlich für Patienten-Untersuchungen zu verwenden und Ergebnisse mit zweifach beschleunigten 2D GRAPPA- und 4D GRAPPA-Messungen zu vergleichen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Entwicklung der Flussmessung im MRT 1 1.2 Grundlagen der Magnetresonanztomographie 3 1.2.1 Magnetfeldstärke 3 1.2.2 Anregung des Untersuchungsobjektes 3 1.2.3 Bildkontrast 4 1.2.4 Schichtwahl und Ortskodierung 5 1.2.5 k-Raum 7 1.2.6 Basis-Pulssequenzen 8 1.3 Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie 9 1.3.1 4D Phasenkontrast-Flussmessung 12 1.3.2 Räumlich-zeitliche parallele Bildgebung 13 1.3.3 Phase wrapping 15 1.3.4 Bewegungsartefakte 16 1.4 Methoden zur Verkürzung der Messzeit 17 1.4.1 Phasenbeschränkte Bildgebung 17 1.4.2 Parallele Bildgebung 18 1.5 Datenanalyse 20 1.5.1 Nachbearbeitung 20 1.5.2 Blutflussvisualisierung 22 1.5.3 Flussquantifizierung 23 1.5.4 Qualitätskontrolle 24 1.6 Fragestellung 25 1.6.1 Kardiovaskuläre Untersuchungsmethoden 25 1.6.2 Hämodynamische Veränderungen bei kardiovaskulären Pathologien 26 1.6.3 Validierung der MR-Messergebnisse mit einem Flussmodell 27 2 Material und Methoden 29 2.1 Magnetresonanztomograph 29 2.2 Entwicklung des Flussphantoms 31 2.2.1 Entwicklung der ersten Version des Flussphantoms 31 2.2.2 Datenerhebungen mit der ersten Version des Flussphantoms 34 2.2.3 Entwicklung der zweiten Version des Flussphantoms 35 2.2.4 Datenerhebung mit der zweiten Version des Flussphantoms 36 2.2.5 Entwicklung der dritten Version des Flussphantoms 37 2.2.6 Datenerhebung mit der dritten Version des Flussmodells 40 2.2.7 Entwicklung der finalen Version des Flussphantoms 40 2.2.8 Herstellung des Carbopol-Gels 41 2.2.9 Erste Datenerhebungen mit der finalen Version 41 2.3 Hauptmessreihe 41 2.3.1 Reproduzierbarkeit 43 2.4 Einfluss der Venc-Einstellung 43 2.5 Winkelfehler 44 2.6 Pulsatiler Fluss 45 2.7 Datenanalyse 46 2.7.1 2D-Flussdatenauswertungen 47 2.7.2 4D-Flussdatenauswertungen 48 2.7.3 Auswertungs-Parameter 49 2.8 Statistik 50 3 Ergebnisse 51 3.1 Entwicklung des Flussphantoms 51 3.1.1 Messungen mit der ersten Version 51 3.1.2 MR-Messungen mit der finalen Version, Außenmedien im Vergleich 54 3.2 Ergebnisse der Hauptmessreihe 59 3.2.1 Vergleiche zu den Referenzwerten 59 3.2.2 Vergleiche zwischen den MR-Sequenzen 68 3.2.3 Reproduzierbarkeit 71 3.2.4 Visuelle Darstellung bei kontinuierlichem Fluss 74 3.3 Einfluss der Venc-Einstellung 75 3.4 Winkelfehler 78 3.5 Pulsatiler Fluss 83 3.5.1 Vergleiche zu den Referenzwerten 83 3.5.2 Vergleiche zwischen den MR-Sequenzen 88 3.6 Akquisitionszeit 89 4 Diskussion 90 4.1 Vorhaben 90 4.2 Das MRT-Flussphantom 90 4.3 Entwicklung des Flussphantoms 94 4.3.1 Außenmedien im Vergleich 94 4.4 Hauptmessreihe 95 4.4.1 Reproduzierbarkeit 97 4.5 Einfluss der Venc-Einstellungen 97 4.6 Winkelfehler 98 4.7 Pulsatiler Fluss 99 4.7.1 Vergleich von pulsatilem und kontinuierlichem Fluss 101 4.8 Akquisitionszeit 101 4.9 Vergleichende Arbeiten 102 4.9.1 Flussphantom-Studien 106 4.9.2 Messgenauigkeit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz 107 4.9.3 Weitere 4D PC-Flusssequenzen 108 4.9.4 Weitere beschleunigte Akquisitionstechniken 109 4.10 Limitationen 110 4.11 Fazit 112 5 Zusammenfassung 114 6 Literatur 117 7 Anhang 124 7.1 Ergebnisse während der Entwicklung des Flussphantoms 124 7.1.1 MR-Messungen mit der ersten Version des Flussphantoms 124 7.1.2 MR-Messungen mit der zweiten Version des Flussphantoms 125 Abbildungsverzeichnis 127 Tabellenverzeichnis 129 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 130 Lebenslauf 131 Publikationen 132 Danksagung 132