Die Gewebedifferenzierung des Myokards mittels suszeptibilitäts- (T2*) gewichteter Kartierungstechniken findet in der (prä)-klinischen kardiovaskulären Magnetresonanzbildgebung steigenden Einsatz. Der Anstieg der Suszeptibilitätsempfindlichkeit bei steigenden Magnetfeldstärken macht die myokardiale T2* Kartierung bei hohen Magnetfeldstärken konzeptionell besonders attraktiv. Die Anwendungsmöglichkeiten der T2* gewichteten Herz MRT sind unter anderem die Erkennung myokardialer Ischämien, die Charakterisierung der Sauerstoffversorgung und die Darstellung der Mikrostruktur des Herzmuskels. In dieser Arbeit werden geeignete Methoden entwickelt um die myokardialen T2* gewichtete Bildgebung bei hohen (3 T) und ultrahohen (7 T) Magnetfeldstärken durchzuführen. Zu diesem Zweck werden T2* gewichtete Pulssequenzen an die Anforderungen der Hochfeld MRT angepasst und Hochfrequenzspulen mit 4, 8, 16 und 32 Sende- und Empfangskanälen für die Herzbildgebung bei 7 T entwickelt und evaluiert. In Phantomexperimenten werden diese Pulssequenzen, welche eine dynamische, zeitlich aufgelöste (CINE) Kartierung erlauben mit etablierten Techniken validiert. In einer Studie mit gesunden Probanden werden zudem B0 Shimming Techniken angewendet um makroskopische Feldinhomogenitäten zu reduzieren und dadurch die Suszeptibiltätsempfindlichkeit gegenüber mikroskopischen Effekten zu verstärken. Diese Arbeit liefert erste in-vivo Normwerte für T2* Zeiten im gesunden humanen Herzmuskel bei 7 T und vergleicht diese Ergebnisse mit Daten welche bei 1.5 T und 3 T erhoben wurden. Die maximale B0 Differenz konnte durch einen volumenselektiven Shim von etwa 400 Hz auf etwa 80 Hz für den Vierkammerblick und auf etwa 65 Hz für einen mitventrikulären Kurzachsenblick des Herzens reduziert werden. Die längsten T2* -Werte wurden für anteriore (T2* = 14,0 ms), anteroseptale (T2* = 17,2 ms) und inferoseptale (T2* = 16,5 ms) Myokardsegmenten gefunden. Die kürzesten T2* -Werte hingegen wurden für beobachtet inferiore (T2* = 10,6 ms) und inferolaterale (T2* = 11,4 ms) Segmente. Zwischen der end-diastolischen und end-systolischen Herzphase wurden signifikante Unterschiede (p = 0,002) in den T2*-Werten beobachtet mit Änderungen von T2* -Werten von bis zu ca. 27% über den Herzzyklus, welche besonders in der Herzscheidewand ausgeprägt waren. Die T2* gewichtete Bildgebung bei 7 T bietet die Möglichkeit Änderungen der Sauerstoffsättigung im Herzmuskel zu visualisieren und zu quantifizieren. Bestehende Limitationen bezüglich räumlicher und zeitlicher Auflösung der konventionell eingesetzten Perfusions-Bolusmessungen mit Kontrastmittel könnten dadurch umgangen werden. Der endogene Kontrast des BOLD Effekts ermöglicht es, Änderungen im Gleichgewicht zwischen Sauerstoffversorgung und Sauerstoffnachfrage früh zu erkennen und zu visualisieren. Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die Herausforderungen des myokardialen T2* Kartierung bei 7 T, zeigen jedoch, dass diese Probleme durch maßgeschneiderte B0-Shimming Techniken und angepasste Akquisitionstechniken kompensiert werden können.
Myocardial tissue characterization using T2* relaxation mapping techniques is an emerging application of (pre)clinical cardiovascular magnetic resonance imaging. The increase in microscopic susceptibility at higher magnetic field strengths renders myocardial T2* mapping at ultrahigh magnetic fields conceptually appealing. Applications of T2* weighted cardiac MR include the detection of myocardial ischemia, the characterization of oxygen supply and the microstructure of the cardiac muscle. This work develops methods for myocardial T2* mapping at high (3 T) and ultrahigh (7 T) magnetic field strengths. For this reason T2* weighted pulse sequences are adapted to the requirements of highfield MRI and dedicated RF coils with 4, 8, 16 and 32 transmit and receive channels are developed for cardiac imaging at ultrahigh field strengths. In phantom experiments the pulse sequences, which provide dynamic, time resolved maps are benchmarked against conventional techniques. In a volunteer study B0 shimming techniques are applied to reduce macroscopic field inhomogeneities and therefore increase the susceptibility sensitivity for microscopic effects. This work presents the first in-vivo norm values T2* values in the healthy human cardiac muscle at 7 T and compares it to results which were collected at 1.5 T and 3 T. for . The peak-to-peak B0 difference following volume selective shimming was reduced from approximately 400 Hz to approximately 80 Hz for the four chamber view and mid-ventricular short axis view of the heart and to 65 Hz for the left ventricle. The longest T2* values were found for anterior (T2* = 14.0 ms), anteroseptal (T2* = 17.2 ms) and inferoseptal (T2* = 16.5 ms) myocardial segments. Shorter T2* values were observed for inferior (T2* = 10.6 ms) and inferolateral (T2* = 11.4 ms) segments. A significant difference (p = 0.002) in T2* values was observed between end-diastole and end-systole with T2* changes of up to approximately 27% over the cardiac cycle which were pronounced in the septum. T2* weighted imaging at 7 T offers the potential to visualize and quantify changes in oxygen supply in the cardiac muscle. Existing limitations regarding spatial and temporal resolution of conventional first-pass perfusion imaging with contrast agents can avoided. The endogenous contrast provided by the BOLD effect allows the early detection of imbalances in oxygen supply and demand. To conclude, these results underscore the challenges of myocardial T2* mapping at 7.0 T but demonstrate that these issues can be offset by using tailored shimming techniques and dedicated acquisition schemes.
