Metody MR relaxometrie pro měření v nehomogenním radiofrekvenčním poli

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vývojem a implementací metod kvantitativní MR relaxometrie pro měření v nehomogenním radiofrekvenčním (RF) poli. Relaxometrie umožňuje získání kvantitativních map longitudinálních (T1) a transverzálních (T2) relaxačních časů, které jsou nezávislé na konkrétním skeneru či použitém měřicím protokolu a mohou sloužit jako spolehlivé biomarkery v biomedicínském zobrazování. Cílem práce je zajistit robustní odhad parametrů i za podmínek nehomogenního RF pole, typického pro vysokofrekvenční preklinické MR přístroje. Byly navrženy a implementovány dvě akviziční metody: RAREVTR, která kombinuje variabilní dobu opakování se sérií spinových ech pro simultánní měření T1 a T2, a Look-Locker metoda umožňující rychlé mapování T1. Pro zvýšení přesnosti byly zavedeny rozšířené modely, například Look-Locker s globálním parametrem B1+ a EPG (extended phase graphs) model pro data RAREVTR, zohledňující nehomogenitu pole B1+ a nedokonalosti profilů RF pulzů. K odhadu směrodatných odchylek parametrů byly využity lokálně linearizovaný model a dolní mez Cramér–Rao. Navržené metody byly ověřeny pomocí softwarových simulací a experimentálně na fantomu na MR skeneru Bruker Biospec s polem 9.4~T. Výsledky ukazují, že kvantitativní relaxometrie v nehomogenním RF poli je proveditelná a lze ji optimalizovat pro spolehlivé použití jak in vitro, tak in vivo.

This thesis presents the development and implementation of quantitative MR relaxometry methods adapted for imaging in an inhomogeneous radiofrequency (RF) field. Relaxometry provides quantitative maps of longitudinal (T1) and transverse (T2) relaxation times, which are independent of specific MR protocols or hardware and can serve as reliable biomarkers in biomedical imaging. The focus of this work is to ensure robust parameter estimation under conditions of RF field non-uniformity, typical for high-field preclinical MRI systems. Two acquisition strategies were studied and implemented: the RAREVTR method, which combines variable repetition times with multiple spin echoes for simultaneous T1 and T2 mapping, and the Look-Locker method, which provides rapid T1 quantification. Extended models, such as Look-Locker for global parameter fitting including B1+ and EPG (extended phase graphs) model for RAREVTR data, accounting for B1+ inhomogeneity and slice profile imperfections were developed to improve accuracy. Standard deviation maps were computed using locally linearized model and Cramér–Rao lower bounds to assess the reliability of parameter estimates. Software simulations and phantom experiments were performed on a 9.4T Bruker Biospec scanner to validate the proposed methods. The results demonstrate that quantitative relaxometry in inhomogeneous RF fields is feasible and can be optimized for reliable use in both in vitro and in vivo applications.