This file was created by the Typo3 extension sevenpack version 0.7.16 --- Timezone: CET Creation date: 2024-11-24 Creation time: 13-44-24 --- Number of references 76 phdthesis TheilenbergDiss2017 2017 mrt http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-46677 Universität Bonn Dissertation S.Theilenberg phdthesis KofahlDiss2017 2017 mrt http://hss.ulb.uni-bonn.de/2017/4730/4730.htm Universität Bonn Dissertation A.-L.Kofahl phdthesis WildDiss2017 2017 mrt http://hss.ulb.uni-bonn.de/2017/4858/4858.htm Universität Bonn Dissertation J.Wild article Kofahl2016 Magn. Reson. Med. 2016 mrt http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mrm.26477 10.1002/mrm.26477 A.-L.Kofahl S.Theilenberg J.Bindl D.Ulucay J.Wild S.Napiletzki B.Schu-Schätter A.Vohlen B.Pintea J.Finsterbusch E.Hattingen C.Urbach K.Maier mastersthesis Napiletzki2015 2015 6 mrt Universität Düsseldorf Masterarbeit S.Napiletzki thesis CorreaSchragen2015 2015 1 mrt Universität Bonn Bachelorarbeit R.Correa Schragen phdthesis ulucay15 2015 mrt http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-39252 Universität Bonn Dissertation D.Ulucay mastersthesis Napiletzki2014 2014 11 mrt Universität Bonn Masterarbeit S.Napiletzki mastersthesis Wolfel2014 2014 9 mrt Universität Bonn Diplomarbeit S.Wölfel mastersthesis Vohlen2014 2014 4 mrt Universität Bonn Diplomarbeit A.Vohlen conference ulucayismrmds13 2013 9 20 Die Kenntnis ortsaufgelöster viskoelastischer Eigenschaften des menschlichen Gehirns kann hilfreich für die medizinische Diagnostik sein und zu einem besseren Verständnis der funktionellen Vorgänge des Gehirns führen. Inspiriert von der Materialwissenschaft wurde der Kriechversuch auf eine in vivo Messung innerhalb einer MR Kopfspule übertragen, um mechanische Parameter zu untersuchen. Erste Ergebnisse lassen das Potential der neuen Methode erkennen. The knowledge of spatial resolved viscoelastic parameters of the human brain may help in medical diagnostics and deeper understanding of the brain function. Inspired by material science we perform creep experiments inside an MRI head coil to investigate mechanical properties in vivo. First results show the feasibility of this novel method. mrt http://www.ismrm.de/archiv-alte-beitraege/ismrm-jahrestagung-2013/tagungsprogramm.html Konferenz 16. Jahrestagung der Deutschen Sektion der Internationalen Gesellschaft für Magnetresonanz in Medizin, 2013, Freiburg, Deutschland D.Ulucay S.Theilenberg A.-L.Kofahl J.Wild J.Bindl A.Vohlen E.Neuhaus M.Oehm J.Knöppel J.Finsterbusch C.Urbach K.Maier mastersthesis Bindl2013 2013 7 mrt Universität Bonn Diplomarbeit J.Bindl conference bindldpg13 2013 3 Das Gehirn bildet ein sensibles System, dessen viskolelastische Eigenschaften von vielen Faktoren, z.B Krankheiten beeinflusst werden. Wir benutzen rheologische Methoden, um Zugang zu diesen Eigenschaften zu erlangen. Dabei wird der Kopf um einen Millimeter angehoben und anschließend fallen gelassen, wodurch das Gehirn in seiner Gleichgewichtslage gestört wird. Die Relaxation zurück in den Gleichgewichtszustand ist dabei lokal abhängig von den elastischen Eigenschaften und wird mittels einer bewegungssensitiven MRT-Sequenz abgebildet. Um die Ergebnisse besser verstehen zu können, bietet sich ein Vergleich mit Gewebephantomen an, deren elastische Eigenschaften bekannt sind. Die Herausforderung bei der Herstellung eines geeigneten Phantoms liegt darin, das Gesamtsystem aus Gehirn, Schädel und Hirnflüssigkeit zu imitieren. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/year/2013/conference/regensburg/part/st/session/5/contribution/2 Konferenz DPG Frühjahrstagung, Regensburg J.Bindl A.-L.Kofahl S.Theilenberg D.Ulucay J.Finsterbusch B.Weber C.Urbach K.Maier conference theilenbergdpg13 2013 3 MR-Rheologie ist eine neuartige Methode zur in-vivo Messung elastischer Eigenschaften des menschlichen Gehirns. Diverse krankhafte Veränderungen des Gehirns (zum Beispiel Alzheimer und Multiple Sklerose) beeinflussen diese Eigenschaften. Die Kenntnis dieser könnte daher zu diagnostischen Zwecken genutzt werden. Zur Messung wird der Patient in einem MRT in Rückenlage positioniert. Der Kopf wird pneumatisch um etwa einen Millimeter angehoben und dann kontrolliert fallen gelassen. Der Schädelknochen kommt nach dieser abrupten Bewegung sehr schnell zur Ruhe, während das weiche Gewebe des Gehirns verzögert in die Ruhelage zurückkehrt. Diese Relaxationsbewegung ist ortsabhängig und wird vor allem von den lokalen viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes bestimmt. Mit einer bewegungssensitiven Sequenz kann sie zu definierten Zeitpunkten gemessen und als Grauwert im Phasenbild kodiert werden. Das so gewonnene Bild, das damit Informationen über die relative lokale Elastizität des Gewebes enthält, lässt verschiedene Strukturen erkennen. Um die Aussagekraft der Messung zu erhöhen und um eine Vergleichbarkeit der Bilder verschiedener Aufnahmen zu gewährleisten, müssen die Bilder statistisch ausgewertet und normiert werden. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/year/2013/conference/regensburg/part/st/session/1/contribution/3 Konferenz DPG Frühjahrstagung, Regensburg S.Theilenberg D.Ulucay A.-L.Kofahl J.Bindl J.Finsterbusch B.Weber C.Urbach K.Maier conference ulucaydpg13 2013 3 Die Kenntnis viskoelastischer Eigenschaften des Gehirns ist für die medizinische Diagnostik von großer Bedeutung, da auch neurodegenerative Krankheiten diese Eigenschaften ändern. In der Rheologie wird zur Beschreibung viskoelastischer Eigenschaften das zu untersuchende System zunächst gestört und anschließend die Relaxationsbewegung analysiert. Wir übertragen dieses Messprinzip und stören die Gleichgewichtslage des Gehirns durch einen Fall des Kopfes aus ca. 1 mm Höhe. Das Gehirn folgt der Bewegung des Schädelknochens nicht instantan, sondern verzögert. Diese ortsabhängige Relaxationsbewegung wird mit Hilfe eines MRT aufgezeichnet und ist bestimmt durch die lokale viskoelastische Kopplung. Durch eine sehr genaue Synchronisation zwischen Bewegung und Aufnahmesequenz ist es möglich sowohl den Start als auch das Ende der Bewegung detailliert zu untersuchen. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/year/2013/conference/regensburg/part/st/session/5/contribution/1 Konferenz DPG Frühjahrstagung, Regensburg D.Ulucay S.Theilenberg A.-L.Kofahl J.Bindl J.Finsterbusch B.Weber C.Urbach K.Maier thesis wagner2012 2012 9 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2012_Bachelor_Wagner.pdf Universität Bonn Bachelorarbeit S.Wagner conference kofahlismrm12 2012 5 mrt Konferenz ISMRM 20th Annual Meeting &amp; Exhibition, Melbourne A.-L.Kofahl S.Theilenberg D.Ulucay J.Wild S.Paul K.Maier C.Urbach conference ulucaydpg12 2012 3 Krankhafte Gewebeveränderungen gehen häufig mit einer Änderung der elastischen Eigenschaften einher. Die genaue Kenntnis über elastische Eigenschaften im Gehirn kann für die medizinische Diagnostik von großer Bedeutung sein. Erste Untersuchungen zeigen, dass z.B. Alzheimer zu einer Verfestigung der Gehirnmasse führt (Murphy et al., Journal Of MRI, 2011). Auch bei anderen neurodegenerativen Krankheiten wie z.B. Parkinson oder auch Hirntumoren, Hydrocephalus und Multiple Sklerose ist eine signifikante Änderung des elastischen Systems zu erwarten. In diesem Vortrag wird eine Messmethode vorgestellt, welche die Grundidee einer materialwissenschaftlichen Untersuchung übernimmt und auf eine MR-Untersuchung überträgt und dabei frei von ionisierender Strahlung und Kontrastmitteln ist. Erste in vivo Aufnahmen lassen das große Potential der Methode erkennen. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/year/2012/conference/berlin/part/st/session/1/contribution/6 Konferenz DPG Frühjahrstagung, Berlin D.Ulucay J.Wild A.-L.Kofahl S.Paul S.Theilenberg J.Finsterbusch P.Trautner C.Urbach K.Maier conference kohdpg12 2012 3 Die Möglichkeit, mittels MR-Phasenbildern die durch Schallstrahlungskraft induzierten quasi-statischen Verschiebungen zu messen, bietet einen nicht-invasiven Zugang zu den viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe. Somit können Veränderungen im Vergleich zum umliegenden Gewebe (wie Zysten, Tumore oder Mikrokalzifikationen) detektiert und klassifiziert werden, die vom umgebenen Gewebe unterschieden werden können. Zur quantitativen Interpretation der Messergebnisse werden Simulationen mittels der Finiten Elemente Methode (FEM) durchgeführt und weiterentwickelt. Um diese zu validieren, werden Messungen an Gewebephantome auf Polyvinylalkohol-Basis mit bekannten Materialparametern zum Vergleich herangezogen. Besonders der Einfluss von Randbedingungen wird unter Verwendung von open source FEM-Software untersucht. Dies liefert auch ein besseres Verständnis von den mechanischen Vorgänge während der Messungen. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/year/2012/conference/berlin/part/st/session/4/contribution/8 Konferenz DPG Frühjahrstagung, Berlin A.-L.Kofahl S.Theilenberg J.Wild D.Ulucay S.Paul K.Maier C.Urbach thesis westerhausen2011 2011 12 medizin https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2011_Bachelor_Westerhausen.pdf Universität Bonn Bachelorarbeit S.Westerhausen mastersthesis theilenberg2011 2011 11 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2011_Diplom_Theilenberg.pdf Universität Bonn Diplomarbeit S.Theilenberg mastersthesis blum2011 2011 6 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2011_Diplom_Blum.pdf Universität Bonn Diplomarbeit S.Blum conference uluismrm11 2011 5 mrt Konferenz ISMRM 19th Scientific Meeting &amp; Exhibition, Montreal D.Ulucay J.Wild J.Mende M.Dönnebrink J.Finsterbusch C.Urbach K.Maier conference wildpg11 2011 3 Kontrasterzeugung durch Schallstrahlungskraft in Magnetresonanz( MR)aufnahmen ermöglicht die Darstellung der elastischen Eigenschaften von Gewebe. Eine Anwendungsmöglichkeit ist die Detektion von Mikrokalk. Um im Brustphantom eine Schallstrahlungskraft in Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, wurde ein MR-kompatibler piezoelektrischer Emitter benutzt. Die so hervorgerufene Bewegung wurde in Phasenbildern einer bewegungssensitiven Spin-Echo-Sequenz an einem 1,5 T Tomographen sichtbar gemacht. Um Mikrokalk zu simulieren, wurde ein Eierschalenstück (ESS) von 0,8 x 0,8 x 0,4 mm³ in das gelartige Phantom eingefügt. Das Phantom wurde mit verschiedenen Ultraschallintensitäten untersucht. Trifft der Schallstrahl auf das ESS, wird dieses aufgrund von Reflektion stärker verschoben und zieht das umliegende Gewebe mit. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung der Intensität sowohl zu einer größeren maximalen Verschiebung an der Position des ESS als auch zu einer Vergrößerung des davon beeinflussten Bereiches führt. Im Rahmen der Grenzwerte des Ultraschalls ergibt sich damit die Möglichkeit Mikrokalk weit unterhalb der Auflösung des MR-Tomographen darzustellen. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden J.Wild D.Ulucay J.Mende A.-L.Kofahl S.Blum S.Theilenberg S.Paul B.Habenstein B.Weber R.Schmutzler C.Urbach K.Maier conference kohdpg11 2011 3 Mittels der Kontrasterzeugung durch die Schallstrahlungskraft in Magnetresonanz( MR)aufnahmen können die viskoelastischen Eigenschaften von weichem Gewebe dargestellt werden. Dabei induziert die durch den Ultraschall hervorgerufene Schallstrahlungskraft Gewebeverschiebungen, welche durch eine verschiebungssensitive MR-Sequenz detektiert werden könnnen. In Phantomen, die viskoelastische Eigenschaften von Brustgewebe simulieren, können Läsionen verschiedener Art qualitativ von dem umgebenden Medium unterschieden werden. Unter Verwendung der Finiten Elemente Methode wird an ein Modell zur quantitativen Interpretation der Messergebnisse entwickelt. In einem ersten Ansatz wurde ein isotroper, homogener, linear elastischer Festkörper aus hexaedrischen Elementen mit acht Knoten moduliert. Die Schallstrahlungskraft wurde in einem definierten Gebiet mit longitudinalem Strahlprofil implementiert. Einschlüsse, die Läsionen repräsentieren, konnten eingefügt werden. Die zu variierenden Parameter schlossen die Stärke der Kraft, die unterschiedlichen Elastizitätsmodule sowie Größe und relative Position der Einschlüsse ein. Randbedingungen konnten ebenfalls modifiziert werden. Qualitativ konnten gute Übereinstimmungen zwischen Modell und Messungen erreicht werden. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden A.-L.Kofahl J.Wild D.Ulucay S.Theilenberg S.Blum S.Paul B.Habenstein C.Bourauel R.Schmutzler C.Urbach K.Maier conference uludpg11 2011 3 Krankhafte Gewebeveränderungen führen häufig zu einer signifikanten Änderung der elastischen Eigenschaften. Die genaue Kenntnis dieser Eigenschaften ist für die medizinische Diagnostik von großem Wert. Die in der Arbeitsgruppe entwickelte Kombination aus Ultraschall (US) und Magnetresonanztomographie (MRT) bietet eine Möglichkeit die elastischen Eigenschaften darzustellen. Die Schallstrahlungskraft des US wirkt als maschineller Tastsinn (vgl. manuelle Abtastung) und führt zu Gewebeverschiebungen im &mu; m-Bereich, welche mit einem MRT visualisiert werden. US wird mittels eines MR-tauglichen US-Emitters in die Brust eingekoppelt. Die Schallsignatur ist deutlich sichtbar und Gewebeveränderungen können aufgespürt werden. Eine sich im Schallstrahl befindende Verhärtung (z.B. Tumor) kann bei gleicher Kraft nur weniger weit verschoben werden, als das umliegende Gewebe und wird somit sichtbar. Umgekehrt führt weicheres Gewebe (z.B. Zysten) zu größeren Verschiebungen. Die an Phantomen erprobte, schmerz- und strahlungsfreie Methode wurde nun auch an ersten gesunden, freiwilligen Probanden erfolgreich getestet. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden D.Ulucay J.Wild J.Mende M.Dönnebrink S.Blum B.Habenstein A.-L.Kofahl S.Paul S.Theilenberg R.Schmutzler C.Urbach K.Maier conference bludpg11 2011 3 Eine neuartige und schmerzfreie Möglichkeit zur Brustkrebsfrüherkennung nutzt eine Kombination aus Ultraschall (US) und Magnetresonanztomographie (MRT). Die Visualisierung von Gewebeverschiebungen, die durch die Schallstrahlungskraft verursacht werden und von den elastischen Eigenschaften abhängen, erfolgt in MR-Phasenbildern. Eine metallfreie, hydraulische Verschiebeeinrichtung mit MR-kompatiblem US-Emitter wird dazu dem MR-Tomographen hinzugefügt. Im Hinblick auf Messungen am Menschen ist es wichtig eine sichere und komfortable Apparatur zu schaffen. Um mögliche Risiken durch den US infolge von Erwärmung und Kavitation zu vermeiden, wurden der thermische und der mechanische Faktor mit verschiedenen Messmethoden bestimmt. Die verwendeten US-Intensitäten liegen unterhalb der Grenzwerte der Food and Drug Administration (FDA). Um Grenzwertüberschreitungen durch fehlerhafte Geräte auszuschließen, wurde ein Gerät konstruiert, das unabhängig den US überwacht und notfalls die Weiterleitung der Hochfrequenz an den US-Emitter unterbricht. In Zukunft müssen vor allem noch ergonomische Aspekte betrachtet werden. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden S.Blum J.Wild D.Ulucay A.-L.Kofahl J.Mende S.Theilenberg S.Paul B.Habenstein C.Urbach R.Schmutzler K.Maier conference paudpg11 2011 3 Die Kontrasterzeugung durch die Schallstrahlungskraft in Magnetresonanzaufnahmen ermöglicht die Darstellung der elastischen Eigenschaften von Gewebe. In Phantomen, die in ihren elastischen und akustischen Eigenschaften mit Brustgewebe übereinstimmen, können damit Läsionen verschiedener Art qualitativ von dem umgebenden Medium unterschieden werden. Generell werden Phantome benötigt, bevor eine neue Methode an menschlichem Gewebe getestet wird. Sie ermöglichen die Verbesserung der Methode ohne Probanden zu gefährden. Die Phantome müssen in den für die Methode maßgeblichen Eigenschaften mit dem Gewebe übereinstimmen. Zu diesen Eigenschaften gehören u. a. die Dichte, die Schallabsorption, -geschwindigkeit und - kennimpedanz. Auch die Reproduzierbarkeit und Haltbarkeit sind entscheidende Faktoren. Am Beispiel von Brustphantomen wird die Herstellung auf Agar- und PVA-Basis vorgestellt. Es werden Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden zur Herstellung diskutiert. Messverfahren für die möglichst genaue Bestimmung der relevanten Eigenschaften werden präsentiert. Außerdem werden selbst hergestellte Phantome mit kommerziell erhältlichen verglichen. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden S.Paul S.Blum A.-L.Kofahl S.Theilenberg D.Ulucay J.Wild B.Habenstein R.Schmutzler C.Urbach K.Maier conference thedpg11 2011 3 Mittels Kontrasterzeugung durch Schallstrahlungskraft von Ultraschall in Magnetresonanzaufnahmen werden viskoelastische Eigenschaften von Gewebe dargestellt. Läsionsartige Einschlüsse in Brustphantomen konnten damit qualitativ vom umgebenden Medium unterschieden werden. Um experimentelle Ergebnisse aus Phantommessungen besser zu verstehen, wurde eine Simulation auf Grundlage der Finite-Elemente- Methode entwickelt. Das Gewebe wurde als homogenes, isotropes, linear elastisches Medium mit festgelegtem Elastizitätsmodul und Poissonzahl simuliert. Der Ultraschall wurde in einem abgegrenzten Bereich als in Ausbreitungsrichtung abklingende Volumenkraft implementiert. Dieses grundlegende Modell kann qualitativ die Messergebnisse reproduzieren, bedarf aber vor allem quantitativ noch Verbesserungen. Um die Messergebnisse nicht nur relativ, sondern auch absolut auswerten zu können, werden notwendige Erweiterungen am Modell vorgestellt. Diese betreffen vor allem die Implementierung des radialen Strahlprofils des Ultraschalls, den Einfluss von Oberwellen, die vor dem Phantom als auch im Medium selber erzeugt werden, sowie die Modellierung des Phantom-Materials. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung, Dresden S.Theilenberg A.-L.Kofahl D.Ulucay J.Wild S.Blum S.Paul B.Habenstein C.Bourauel R.Schmutzler C.Urbach K.Maier phdthesis hoehl2011 2011 Die Suche nach einem Einfluss von Ultraschall auf das Kernspinsystem in weicher Materie ist eine spannende Aufgabe. Nachdem in den 50er Jahren gezeigt werden konnte, dass in homogenen Flüssigkeiten die hohe Moleküldynamik eine effektive Kopplung zwischen Ultraschall und Spinsystem verhindert, wurden Messungen dazu weitgehend eingestellt. Einige theoretische Arbeiten deuten mittlerweile darauf hin, dass es Wechselwirkungsmechanismen gibt, die trotzdem eine Kopplung ermöglichen, wenn komplexe Moleküle oder kolloidal gelöste Partikel mit magnetischen Eigenschaften in der Flüssigkeit vorhanden sind. Doch im Vergleich zu typischen Experimenten an Festkörpern, wird in Flüssigkeiten nur eine schwache Beeinflussung des Spinsystems erwartet. Experimente dazu liefern bislang widersprüchliche Ergebnisse. In dieser Arbeit wird untersucht, warum keine eindeutigen experimentellen Daten vorliegen und gezeigt, dass bei Messungen an Flüssigkeiten eine Reihe von Einflüssen auftreten, die in Konkurrenz zur Ultraschall induzierten Relaxation oder Sättigung des Kernspinsystems stehen. Es werden Lösungen vorgeschlagen, wie man in einer empfindlichen NMR-Messapparatur den Ultraschalleinfluss bestimmen kann und wie man Resonanzexperimente am Magnetresonanztomographen durchführen kann. Erste Messungen mit den vorgestellten Aufbauten werden präsentiert und es wird nachgewiesen, dass magnetische Nanopartikel Ultraschall an das Proton-Kernspinsystem koppeln können nmr http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-24386 Universität Bonn Dissertation C.Höhl article radicke11 Ultrasound in Medicine &amp; Biology 2011 37 253-261 Acoustic radiation contrast in magnetic resonance images is an approach to visualize the changes in ultrasonic loss and viscoelastic changes of the sample with the resolution of a magnetic resonance imaging (MRI) system. By irradiating ultrasound (US) into a tissue-mimicking sample, a displacement along the US beam path caused by the acoustic radiation force is obtained. This displacement varies with the US intensity, the duration of irradiation, the US attenuation and the viscoelastic properties of the sample. US pulses of 2.5 MHz with a duration of 20 ms and an intensity of <17 W/cm(2) are used. An MRI sequence was programmed to produce images in which the magnitude of the displacement is visualized by gray value changes. In addition, a finite element simulation of the measurements was performed to demonstrate the feasibility of the method. Through examination of the measurements and the simulations, information about viscoelastic changes was achieved. In this work, measurements on different breast phantoms are presented. mrt http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301562910006186 10.1016/j.ultrasmedbio.2010.11.005 M.Radicke J.Mende A.-L.Kofahl J.Wild D.Ulucay B.Habenstein M.Deimling P.Trautner B.Weber K.Maier conference schismrm10 2010 5 mrt Konferenz ISMRM 18th Scientific Meeting &amp; Exhibition, Stockholm J.Schindler D.Ulucay J.Mende M.Radicke A.-L.Kofahl J.Finsterbusch R.Krieg K.Maier conference hoeismrm10 2010 5 <em>Purpose</em> MRI has become a powerful tool to distinguish between adjacent tissues by taking into account a variety of chemical, physical and biological properties of living tissue. By use of magnetic contrast agents in MRI one can even gain insight into some metabolic functions of a host. Conclusion on the metabolism, however, can only be drawn if (a) the metabolic function of interest locally affects the concentration of the contrast agent, and (b) the contrast agent leads to a clearly observable change in MRI signal within the region of interest. We present a contrast mechanism which aims to distinguish between magnetic contrast agents which are conjugated to cells or macromolecules and those which are not, independent on their spatial distribution. which is expected to picture the mobility of labeled macromolecules. The mobility might be changed, e.g., by the viscosity of the MNPs surroundings or by the macromolecules reactions to cells or other objects. which instantaneously can be switched on and off and thus provide specific information by immediate comparison between pictures taken with this contrast and those taken without it. The high specificity to chemical reactions of the here proposed contrast mechanism might become basis of a new method for functional imaging. <em>Method</em> The spin-lattice relaxation time T1 of a sample volume decreases if magnetic nanoparticles (MNP) which are connected to mesoscopic objects are subjected to an ultrasonic wave at MRI Larmor frequency. This effect can be interpreted as a change in relaxivity of the MNPs under the influence of resonant ultrasound (US). MNPs subjected to an ultrasonic wave are accelerated periodically with US frequency, which now is assumed to match the Larmor frequency. It is well known that the induced translational movement of the MNPs does not lead to a pronounced change in the MRI relaxation times. If a MNP is connected to a organic macromolecule, however, the compound bends and to tilts periodically in the ultrasonic wave because its center of mass differs from its center of geometry (Fig. to right). Consequently these MNPs act as radio frequency near field antennas, inducing additional relaxation to nuclei in the vicinity of the MNPs. <em>Results</em> We measured the proton spin-lattice relaxation time of a colloidal solution of MNPs (Ø = 50 nm) connected to a macromolecule (chicken IgG) by means of an inversion recovery sequence (TI = 550 ms, TR = 20,000 ms) and analyzed the spectral composition of the 90° FID (cf. Fig. to left). The abscissa denotes the frequency match between Larmor frequencies and US frequency (fUS = 18.32 MHz). When US was applied during the recovery process we could observe a change in signal amplitudes for spectral components matching the US frequency (upper curves). This we interpreted as a gain in relaxivity of the MNP-macromolecule compounds (lower curves). No changes in the FIDs' spectral amplitudes under the influence of resonant US were observed for a comparable solution of standard MNPs. We observed a gain in relaxivity of more than 15 % at US intensities of P = 10-3 W/cm². <em>Conclusion</em> Experiments for observing this contrast in a low field MRI device are underway. Due to the possibility to distinguish between bound an unbound MNPs independent on their spatial distribution and due to the improved contrast reliability by immediate comparison with not-contrast-enhanced pictures we expect this contrast method to fundamentally improve functional MRI. nmr Konferenz Joint Annual Meeting ISMRM and ESMRMB, Stockholm - Sweden C.Hoehl N.Elmiladi F.Jahanbakhsh F.Repp P.Wolf K.Maier conference menismrm10 2010 5 <strong>Introduction</strong> Acoustic radiation contrast (ARC) in MR phase images is a recently developed method to image and quantify non-invasively the viscoelastic properties in vivo [1,2]. It is well known that tissue elastic properties may be altered by tumors. Young's modulus of breast tumors may differ from surrounding tissues by a factor of 90-fold. The ARC-MR images may be helpful in the distinction of benign from malignant masses. To test the applicability and feasibility of ARC-MR, a commercially available breast phantom was investigated and finite-element simulations were performed. Combining measurements and finite-element simulations yields the elastic and acoustic parameters of the phantom. <strong>Methods and Materials</strong> Ultrasound (US) waves with a center frequency of 2.5 MHz were coupled into the breast phantom with the focal plane inside it. The acoustic radiation force leads to a displacement of the material inside its path in beam propagation direction. The displacement can be calculated from the phase shift in the phase images according to [2]. It was measured using a modified spin-echo sequence with monopolar gradients added for displacement encoding (sequence parameters: TE/TR: 60/400 ms, monopolar gradient length and amplitude: 20 ms and 20 mT/m, voxel: 1.7x1.7x3 mm3). The 20 ms US pulse was irradiated simultaneously with the second gradient pulse using external triggering. Intensities of 35 W/cm2 were used and provided by a home-built MR-compatible piezoelectric transducer. The transducer had a diameter of 5 cm and a focal length of 22 cm. The phase images were acquired at a 1.5 T Magnetom Avanto scanner (Siemens Healthcare, Erlangen (Germany)) with a 4 channel breast coil (NORAS MRI products GmbH, Höchberg (Germany)). The breast elastography phantom (CIRS, Norfolk, Virginia (USA)) accurately mimics the ultrasonic characteristics of tissues found in an average human breast. The lesions are three times stiffer than the background so they can be detected on elastograms [4]. A lesion of 0.9 cm diameter was investigated. For the finite-element simulations (Marc Mentat, MSC Software Corporation, Santa Ana, CA (USA)) the parameters were adjusted to fit the measurements: US beam diameter: 0.4 cm, US pulse length: 20 ms, US intensity: 35 W/cm2; geometry: cylinder with diameter: 4 cm, length: 6,4 cm; material parameters: elastic moduli: 10 kPa for the breast tissue [5] and 30 kPa for the lesion, Poisson's ratio: 0.495, density: 1 g/cm3, absorption coefficient: 0.345 cm-1. <strong>Results</strong> Figure 1 a) & b) show a T2-weighted amplitude image and a phase image of the breast phantom in sagittal plane without US; direction of displacement detection: A mrt Konferenz ISMRM 18th Scientific Meeting &amp; Exhibition, Stockholm J.Mende M.Radicke A.-L.Kofahl J.Schindler D.Ulucay J.Finsterbusch B.Weber K.Maier mastersthesis jahanbakhsh 2010 4 nmr Universität Bonn Diplomarbeit F.Jahanbakhsh mastersthesis ulucay 2010 3 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2010_Diplom_Ulucay.pdf Universität Bonn Diplomarbeit D.Ulucay mastersthesis wolf 2010 3 nmr https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2010_Diplom_Wolf.pdf Universität Bonn Diplomarbeit P. J.Wolf mastersthesis jschindl 2010 3 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2010_Diplom_Schindler.pdf Universität Bonn Diplomarbeit J.Schindler conference schdpg10 2010 3 Die Kontrasterzeugung durch die Schallstrahlungskraft in Magnetresonanzaufnahmen ist eine neuartige und nicht invasive Methode die elastischen Eigenschaften von Gewebe darzustellen. Eine Anwendungsmöglichkeit ist die Detektion von Mikrokalk. Es wurde ein für das Problem optimierter MR-kompatibler piezoelektrischer Emitter mit einer Resonanzfrequenz von 2,5 MHz benutzt, um ein Brustphantom der Schallstrahlungskraft auszusetzen. Die so erzeugte Bewegung in Richtung der Schallausbreitung wurde in Phasenbildern einer bewegungssensitiven Spin-Echo Sequenz an einem 1,5 T Tomographen und mit einer 4-kanaligen Brustspule sichtbar gemacht. Um Mikrokalk zu simulieren, wurden Eierschalenstücke (von 0,8 x 0,8 mm bis 1,5 x 1,5 mm) in das gelartige Phantom eingefügt. Das Phantom wurde durch das Verschieben des Ultraschalls abgerastert. Bei ausgeschaltetem Ultraschall war die Eierschale nicht sichtbar. Bei eingeschaltetem Ultraschall wird die Eierschale aufgrund des großen Unterschieds in der Schallkennimpedanz zwischen umgebendem Gewebe und Eierschale innerhalb des Schallstrahls sichtbar. Aus Vergleichen mit einer Simulation und durch Variation der Richtung der Bewegungsempfindlichkeit wird auch eine quantitative Charakterisierung möglich. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Regensburg J.Schindler A.-L.Kofahl J.Mende M.Radicke D.Ulucay B.Habenstein J.Finsterbusch M.Deimling K.Maier conference uludpg10 2010 3 Während einer bewegungssensitiven Spin-Echo-Sequenz eingestrahlter US kann zur Sichtbarmachung von elastischen Eigenschaften genutzt werden. Dazu wurde eine Spin-Echo-Sequenz durch 2 zusätzliche, symmetrisch um den 180�-Puls angeordnete Gradienten erweitert. Der US wird während des 2. Gradienten eingestrahlt und führt zu einer von der Verschiebung proportionalen Phasenänderung. Die vom US erzeugte Schallstrahlungskraft wird in homogenem Gewebe/Material exponentiell abgeschwächt, entsprechend der US-Absorption. Eine sich im Strahlverlauf befindende Verhärtung kann durch gleiche Kraft nur weniger bewegt werden, daher kommt es zu einem Dip im exponentiellen Verlauf. US wird mittels eines MR-tauglichen US-Emitters in ein Brust-Phantom eingekoppelt, dessen elastische Eigenschaften denen menschlichen Gewebes entsprechen. In dieses Phantom sind Läsionen eingelassen, welche 3x härter als das umgebende Material sind. Die Verhärtung ist im Phasenbild sichtbar und im exponentiellen Verlauf zeigt sich der erwartete Dip. Aus der Simulation des Schallstrahlungskrafteinflusses mit Finiten Elementen lässt sich quantitativ der Härteunterschied bestimmen. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Regensburg D.Ulucay A.-L.Kofahl J.Mende M.Radicke J.Schindler B.Habenstein P.Trautner B.Weber C.Bourauel K.Maier conference jahdpg10 2010 3 Der Einsatz von Kontrastmittel erlaubt der Magnetresonanztomographie (MRT) bestimmte Stoffwechselprozesse abzubilden. Vorraussetzung dafür ist stets, dass die Stoffwechselprozesse zu einer lokalen Anreicherung des Kontrastmittels führen. Eine wichtige Klasse von Kontrastmitteln sind magnetische Nanopartikel (MNP), deren Oberfläche praktische beliebig funktionalisiert werden kann. Die Reaktion von Makromolekülen mit der Oberfläche der MNPs kann unabhängig von deren lokaler Anreicherung in H-NMR Experimenten beobachtet werden, wenn die Probe während der Messung resonantem Ultraschall ausgesetzt ist. Dieser Effekt wurde in Wasser entdeckt, die Anwendbarkeit der Methode in Gewebephantomen wird diskutiert. Dabei wird auch der Einfluss auf die Querrelaxationszeit nmr Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Regensburg F.Jahanbakhsh C.Höhl F.Repp P.Wolf K.Maier conference wodpg10 2010 3 Magnetische Nanopartikel (NMPs) sind in der NMR Relaxationszentren und werden deshalb in der Magnetresonanztomographie (MRT) als Kontrastmittel eingesetzt. Sie bestehen aus einem oder mehreren magnetischen Kernen und einer nichtmagnetischen Hülle die nahezu beliebig chemisch funktionalisiert und mit Makro molekülen beschichtet werden kann. In MMR-Experimenten konnte gezeigt werden, dass durch resonanten Ultraschall (US) mit NMR Lamorfrequenz zwischen einseitig beschichteten und nicht beschichteten NMPs unterschieden werden kann. Dies birgt interessant Eigenschaften für ortsaufgelöste Messungen an einem MRT. Allerdings ist resonanter Ultraschall dort schwerlich anwendbar, da elektromagnetische Übersprecher der USApparatur mit Lamorfrequenz den MRT-Empfangskreis empfindlich stören. Außerdem beträgt bei üblichen Lamorfrequenzen die Eindringtiefe in Gewebe nur Zentimeter. Deshalb schlagen wir das Konzept der Frequenzverdopplung vor. Der Energietransfer ins Gewebe erfolgt mit einem Ultraschallemitter mit einer niedrigen Grundfrequenz. Im Fokus eines Ultraschallemitters erzeugt man aufgrund von Nichtlinearitäten des Gewebes höhere Harmonische der Schallwelle. Erste Messungen und Experimente werden vorgestellt. nmr Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Regensburg P.Wolf C.Höhl F.Jahanbakhsh F.Repp K.Maier thesis volmer 2010 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2010_Bachelor_Volmer.pdf Universität Bonn Universität Bonn Bachelorarbeit J.Volmer thesis afzal 2010 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2010_Bachelor_Afzal.pdf Universität Bonn Bachelorarbeit F.Afzal thesis obermann10 2010 mrt Universität Bonn Universität Bonn Bachelorarbeit T.Obermann phdthesis elmiladidiss2010 2010 nmr http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-22404 Universität Bonn Dissertation N. M.Elmiladi phdthesis mende10 2010 mrt http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-22358 Universität Bonn Dissertation J.Mende article paperkalk Medical Physics 2010 37 6347-6356 mrt http://online.medphys.org/resource/1/mphya6/v37/i12/p6347_s1 10.1118/1.3512806 J.Mende J.Wild D.Ulucay M.Radicke A.-L.Kofahl B.Weber R.Krieg K.Maier article Mende2010203 Journal of Magnetic Resonance 2010 203 2 203 - 207 mrt http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1090780709003747 1090-7807 10.1016/j.jmr.2009.12.019 J.Mende N.Elmiladi C.Höhl K.Maier mastersthesis kofahl 2009 12 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2009_Diplom_Kofahl.pdf Universität Bonn Diplomarbeit A.-L.Kofahl conference hoeismrm09 2009 5 <em>Purpose</em> MRI has become a powerful tool to distinguish between adjacent tissues by taking into account a variety of chemical, physical and biological properties of living tissue. By use of magnetic contrast agents in MRI one can even gain insight into some of the tissue's metabolic functions. Conclusions on the metabolism, however, can only be drawn if (a) the metabolic function in question locally affects the concentration of the contrast agent, and if (b) the contrast agent leads to a clearly observable change of the MRI signal within the region under consideration. First observations of a contrast mechanism which addresses these limitation have been presented during last ISMRM conference, and a more complete presentation and discussion has been submitted to Phys. Rev. Let. recently. Questions remained open, however, whether the technical requirements for the contrast mechanism may become compatible with in vivo measurements in a standard MRI device. Current research promises to solve the technical difficulties and first observations of the contrast in a low field MRI device are underway. <em>Method</em> Contrast agents based on magnetic nanoparticles (MNPs) affect the transverse relaxation times of nuclei of the solvent (e. g. protons) in their vicinity due to their magnetic stray field. MNP also affect the longitudinal relaxation time T1 if the thermal motion of the MNPs happens to lead to local field fluctuations at nuclei Larmor frequency. It was shown, that ultrasound at Larmor frequency increased the influence of specially prepared MNPs on T1 considerably if ultrasound (US) matches Larmor frequency. These experiments were carried out using an NMR spectrometer where shielding of the receiving coils can be realized easily. In an MRI device, however, US radiation at MRI Larmor frequency would lead to disturbance of the MRI device. <em>Results</em> Picture1 presents the pressure evolution over time at a given position in a US wave (fUS = 2.5 MHz) in a water sample (measurement with hydrophone with bandwith of 60 MHz). Deviations from the sinusoidal wave-form originate from the strong nonlinear behavior of the water sample. Exploiting frequency doubling effects in tissue not only avoids electromagnetic cross-coupling between the US device and the MRI device, but also provides us with the higher penetration depth of the fundamental wave. <em>Conclusion</em> The contrast mechanism allows to distinguish between bound and unbound MNPs independent on their spatial distribution. The strong nonlinearities of tissue exposed to an ultrasonic wave promise this contrast mechanism to become compatible with standard MRI devices. Experiments exploiting ultrasound frequency doubling to activate the contrast mechanism in a low field MRI device (open tomography system) are underway. nmr Konferenz ISMRM Seventeenth Scientific Meeting and Exhibition, Honolulu - Hawaii N.Elmiladi C.Hoehl K.Maier conference elmdpg09 2009 3 We have developed a method involving the application of ultrasound (US) in magnetic resonance imaging (MRI) in the presence of antibody coated magnetic nanoparticles to generate contrast. Similar magnetic nanoparticles are already used as contrast agents. It is interesting to control their effect by additional parameters, which can be switched on and off externally, and depend on the properties of the surrounding tissue. In performing proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, US is applied to an aqueous sample containing magnetic nanoparticles coated with antibodies from one side only. Therefore, while the asymmetric magnetic nanoparticles in the sample are subjected to an US wave, a torque is initiated along the vibrational motion and will cause the particles to tilt periodically. The asymmetric magnetic nanoparticles will act as an US driven radio frequency antenna, leading to an increase in the spectral density function at the US frequency. If the US frequency matches the Larmor frequency, protons in the near field region of the particle are stimulated to lose energy, and the T1 of the aqueous solution decreases. A significant increase of the longitudinal proton relaxation rate is experimentally observed when using a colloidal aqueous solution of asymmetric magnetic nanoparticles. nmr Konferenz DPG Frühjahrstagung des Fachverbandes Strahlen- und Medizinphysik, München N.Elmiladi C.Höhl K.Maier conference radpg09 2009 3 Mittels eines Ultraschallpulses wird in einer Probe eine statische Auslenkung während dieser Pulsdauer erzeugt. Das Prinzip dahinter beruht auf dem Schallstrahlungsdruck. Die lokale Auslenkung der Probe wird mit einer speziellen MRT-Sequenz gemessen und farbkodiert dargestellt. Sie ist abhängig von der Schallamplitude, der Schallfrequenz, der viskoelastischen Eigenschaften der Probe und der Schallabsorption innerhalb der Probe. Da die Schallamplitude sowie die Schallfrequenz frei wählbar sind und die Schallamplitude nicht linear mit dem zurückgelegten Schallweg abfällt, können somit Rückschlüsse auf die viskoelastischen Eigenschaften und die Schallabsorption separat erhalten werden. Wir benutzen eine Spin-Echo-Sequenz mit zwei zusätzlichen, äquivalenten, 20ms langen und 20mT/m starken Gradienten, sowie eine Ultraschallleistung von unter 5W/cm2 bei einer Pulslänge von 20ms. Als Proben werden Phantome aus Gel und Agar- Agar benutzt, die menschlichem Gewebe bzw. menschlichen Organen mit künstlichen Tumoren nachempfunden sind. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Fachverbandes Strahlen- und Medizinphysik, München M.Radicke O.Oehms J.Mende B.Habenstein K.Maier conference mendpg09 2009 3 Wir untersuchen die Kontrasterzeugung im MRT-Bild mittels des Schallstrahlungsdrucks von Ultraschall. Dieser Kontrast kann die viskoelastischen Eigenschaften wie Elastizitäts- und Schubmodul in einem Phantom graukodiert sichtbar machen. Während einer Standard-Spin- Echo Sequenz mit zwei bewegungssensitiven Gradienten wird ein Ultraschallpuls mit ca. 20 ms Länge bei einer Frequenz von 2,5 MHz eingestrahlt. Zur Untersuchung wurden Phantome aus Agar-Agar mit Kieselerde in verschiedenen Konzentrationen hergestellt. Agar-Agar ist eine gelartige Substanz, Kieselerde dient als Absorber der Ultraschallwelle. Dies soll viskoelastische Eigenschaften von menschliches Gewebe nachahmen. In die Phantome wurden Tumore aus Öl-in-Gelatine- Mischungen eingebaut, die im Protonendichtekontrast abgebildet werden. In MRT-Differenzbildern mit und ohne Ultraschall können diese Tumore mit dem Ultraschall aufgrund von unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften "ertastet" werden. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Fachverbandes Strahlen- und Medizinphysik, München J.Mende M.Radicke O.Oehms K.Maier conference mendpg09b 2009 3 Mit Ultraschall (US), der während einer Spin-Echo-Sequenz in einem medizinischen Tomographen eingestrahlt wird, können verschiedene elastische Konstanten in weicher Materie dreidimensional und zerstörungsfrei dargestellt werden. In Proben mit unterschiedlichen Festigkeiten werden Kugeln aus einer Öl-in-Gelatine-Mischung eingebracht. Die Proben bestehen aus Agar-Agar und Kieselerde. Agar ist ein biologisches Geliermittel. Die Kieselerde dient zur Absorption des US. Die Kugeln besitzen ein höheres Elastizitäts- und Schubmodul als die Umgebung aus Agar-Agar und Kieselerde. Von den Proben werden Phasenbilder gemacht, die die Phase der Spins in Grauwerten kodiert darstellen. Die Verschiebung innerhalb der Probe durch den Schallstrahlungsdruck ist abhäangig von den elastischen Eigenschaften innerhalb der Probe. Die Darstellung der Verschiebung im Bild erfolgt durch ein Paar von magnetischen Feldgradienten. Während einem dieser Gradienten wird der US mit einer Frequenz von ca. 2,5 MHz und einer Länge von 20 ms eingestrahlt. In den Bildern wird eine Phasenverschiebung durch eine Verschiebung auf der Grauskala sichtbar. In Differenzbildern mit und ohne US können Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung der elastischen Eigenschaften der Probe und der darin befindlichen Fremdkörper gezogen werden. mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Fachverbandes Metall- und Materialphysik, Dresden J.Mende M.Radicke O.Oehms K.Maier phdthesis oehms09 2009 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2009_Doktor_Oehms.pdf Universität Bonn Dissertation O. B.Oehms phdthesis radicke09 2009 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2009_Doktor_Radicke.pdf Universität Bonn Dissertation M.Radicke conference hoeismrm08 2008 5 <strong>Purpose</strong> MRI provides images with excellent anatomical details based on soft-tissue contrast and functional information in a non-invasive and real-time monitoring manner. MRI has been further advanced by the development of contrast agents such as Gadolinium compounds that enable more specific and clearer images and enlargement of detectable organs and systems. Magnetic nanometer-sized, colloidal particles (nanoparticles) are well known and extensively used in MRI as contrast agent, too. Due to their influence on the relaxation processes, they offer a possibility to label organic macro molecules. It is interesting to control their effect on MRI by additional parameters, which may be switched on and off externally or may depend on the properties of the surrounding tissue. We develop such a new contrast method with nanoparticles, by applying ultrasound (US) while performing proton magnetic resonance spectroscopy. <strong>Method</strong> The basic process involved in the relaxation in MRI is coupling between the magnetic moments of the spin and photons with the corresponding larmor frequency - which can lead to stimulated emission or absorbtion. This results in an energy transfer out of the spin system to the lattice (longitudinal relaxation process) or transfer within the spin system (transversal relaxation process). To gain higher sensitivity with a contrast agent in MRI, the contrast agent has to have a greater effect on the relaxation times. Especially prepared nanoparticles work as a radio frequency transmitter. For this, we are using two completely different kinds of nanoparticles: a) Superparamagnetic of Iron Oxide (SPIO) To increase the spectral density of photons with a special frequency, SPIO should work as an antenna. The SPIOs are prepared such that the center of geometry differs from the center of mass. This is done by sedimentation of the SPIOs, so that we can add macromolecules from one side only. Due to the particle velocity in the US-wave, SPIOs are accelerated and due to their asymmetric shape they tilt periodically. This produces additional photons with US-frequency. b) Piezoelectric Nanoparticles Piezoelectric particles have the ability to generate an electric potential in response to applied mechanical stress. In combination with the periodic pressure variation in an US-wave, these particles function as a transmitter (displacement current). To achieve this, a powder consisting of 100nm sized particles is prepared into a colloid in water by coating with PAA. The HF-fields emitted by nanoparticles are not coherent and therefore unable to rotate the net-magnetization. <strong>Results</strong> Influence of the US on NMR measurements for the SPIO was examined. Early measurements showed a change of the relaxation times T1 and T2* in water when using piezoelectric particles. Furthermore, measurements on SPIO indicates the influence of the US at the resonance frequency. The figure to the right compares the amplitude of the FID after a 90° puls in an inversion recovery sequence with and without US. These measurements were taken before getting the SPIO in the final shape. Sedimentation process of the SPIO have been achieved by applying a combination of centrifugal force and magnetic force. Conclusion Using nanoparticles as local antenna in combination with US promises new contrast methods which image properties of the tissue. Even without any special preparation of the nanoparticles, an effect of the US on the MRI-Signal has been seen. nmr Konferenz ISMRM Sixteenth Scientific Meeting and Exhibition, Toronto - Canada C.Hoehl N.Elmiladi J.Mende K.Maier conference oehismrm08 2008 5 <strong>Purpose</strong> Ultrasound (US) and MRI are two highly sophisticated non-destructive methods which make it possible to visualize the inner parts of the body. Contrasts between tissues in the MRI measurement are based on the physical parameters T1, T2, T2*, and the proton density, which can be modified by the application of contrast agents. The corresponding parameter in the US measurement is the sound impedance. The aim of our studies is it to combine the two methods and introduce US as a tool to generate contrasts in an MRI picture between tissues and liquids with differing viscoelastic properties. Therefore an US setup that does not affect the imaging of the MR scanner has been developed. The US emitter had to be shielded electromagnetically in order to avoid crosstalk within the MRI coils. <strong>Method </strong> In order to apply US to a sample during an MRI measurement, some kind of synchronisation between the MRI sequence and the application of the US pulses has to be achieved. A simple antenna makes it possible to visualize the rf-pulses of the sequence on an oscilloscope. These signals can be used to trigger the US emitter and place the US pulses at any desired time in the MRI sequence. Once coupled into the sample, a damping of the US wave along the path of propagation occurs which corresponds to a decrease of the acoustic radiation pressure along the direction of propagation. This pressure gradient leads to a force on each volume element along the path of the US beam. In a liquid, this results in a movement of the molecules along the US path in the direction of propagation of the US. This movement dies away when the US-pulse is over and reestablishes with the next pulse. When a piece of tissue is placed in the US path, the decrease of the acoustic radiation pressure leads to a quasi-statical displacement of the irradiated parts of the tissue in the direction of the propagating sound wave for the duration of the US pulse. This displacement depends on the viscoelastic properties and the of the tissue and the amplitude and absorption of the US. When the pulse stops, the restoring forces in the tissue make it return to its original position. A diffusion sensitive sequence, which is sensitive to movements in the direction of propagation, is able to visualize the sound path in a liquid (fig. 1) and the displacement of the tissue. All measurements were performed with the standard eight channel head coil on an 1.5T SIEMENS AVANTO scanner at the research center LIFE & BRAIN in Bonn, Germany. During a diffusion-weighted EPI sequence (EPI2D_DIFF_RO), US was irradiated into several liquids (water, glycerine, ethanol) for 30ms at a frequency of 9.41MHz with a maximum excess pressure of about 1 Bar. The US pulse was applied after the first of the two 180° pulses which guaranteed an overlap with the diffusion gradient. For the measurements on tissue, an US lens with a resonance frequency of 4.77MHz was constructed and a simple GRE sequence (Te=12.1ms, Tr=123ms) was used. <strong>Results</strong> Figure 1 shows a setup, where the US beam was deflected by a sheet of glass in a water sample. Only if the direction of the diffusion gradients is aligned with the direction of the sound propagation, the US beam is visible in the MR image as a region with lower signal. Figure 1: Deflection of the US beam at a sheet of glass. At the top of the pictures a rod made of acrylic glass is visible which serves as a wave guide for the US. The US transducer itself is not visible in the picture. The container has a height of 8cm. (Parameters: Te=155ms, Tr=5700ms; US: Duration=30ms, Voltage=-6dBm). The measurements on different liquids show a difference in the US effect depending on the properties of the liquid. In water the diminishment of the signal is visible as a straight path, whereas in glycerine a much shorter but wider region is affected by the US. This is due to much higher damping of the US wave in Glycerine. The acoustic radiation pressure is therefore stronger, but only existent in a very short region. This region is wider than in water because of higher friction between the glycerine molecules which corresponds to a higher momentum transfer. In a piece of pork neck the US effect also becomes visible as a black spot. Only in this region, the piece of pork neck was displaced during the US pulse. The strength of this displacement depends on the viscoelastic properties of the tissue. Figure 2: US beam in a 47% glycerine (viscosity=6mPas) mixture and in water (viscosity=1mPas) at different US amplitudes. An amplitude of -6dBm corresponds to an excess pressure in water of about 1 Pa. (Parameters: Te=106ms, Tr=3500ms, US: Duration=30ms). Conclusion The combination of US pulses and MRI creates contrasts concerning the viscoelastic properties of liquids and tissue. The spatial resolution of this method is only limited by the resolution of the scanner, since the US wavelength is in the order of magnitude of 100mue. mrt Konferenz ISMRM Sixteenth Scientific Meeting and Exhibition, Toronto - Canada O.Oehms M.Radicke S.Wrede M.Lewerenz A.Engelbertz K.Maier mastersthesis jessi 2008 3 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2008_Diplom_Mende.pdf Universität Bonn Diplomarbeit J.Mende conference mendpt08 2008 2 Ultraschall und Magnetresonanztomographie sind eigenständige, nichtinvasive Methoden in der Medizin um das Körperinnere darzustellen. Wir beschäftigen uns mit einer Kombination dieser Methoden um einen neuen Kontrast zu erhalten. Ultraschall wird während der MR-Bildaufnahme in das Gewebe eingestrahlt. Wir haben ein System entwickelt, das den klinischen Tomographen nicht beeinflusst. Dieses Ultraschallsystem nutzt dabei nicht Kurzpulse wie in klinischen Geräten. Durch eine diffusionssensitive Messsequenz wird die Verschiebung des Gewebes durch den Schallstrahlungsdruck dargestellt. Es wird ein neuer Kontrast im MR-Bild erzeugt, der z.B. unterschiedliche viskoelastische Eigenschaften von Gewebetypen (z.B. Drüsengewebe und Tumorgewebe) sichtbar machen kann. Wir haben Phantome aus Agar-Agar und Kieselerde hergestellt um Gewebe zu simulieren. Der Ultraschalleinfluss wird hier für verschiedene Amplituden im Bild gezeigt. mrt Konferenz 12. Deutsche Physikerinnentagung, Münster J.Mende O.Oehms M.Radicke B.Habenstein K.Maier conference elmdpg08 2008 2 Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most powerful imaging techniques for living organisms. Magnetic nanoparticles such as superparamagnetic iron oxide (SPIO) have been applied as contrast enhancement agents for MRI. We develop a new contrast method for SPIO with the application of ultrasound (US) while performing proton magnetic resonance spectroscopy. Especially prepared SPIO should work as radio frequency transmitters. The nanoparticles are prepared such that the center of geometry differs from the center of mass. This is done by the magnetic oriented sedimentation of the SPIOs so that we can add macro molecules from one side only. Sedimentation process of the SPIO have been achieved by applying a combination of centrifugal force and magnetic force. Due to the particle velocity in the resonant US wave, SPIOs are accelerated and due to their asymmetric shape, they tilt periodically. This produces additional photons with the US frequency that affect the relaxation times. Using nanopariticles as local antenna in combination with US promises new contrast methods to visualize additional properties of the tissue. Even without any special preparation of the nanoparticles, an effect of the US on the MRI signal has already been seen. nmr Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Berlin N.Elmiladi C.Höhl J.Mende M.Schlichtenmayer B.Habenstein K.Maier conference mendpg08 2008 2 In magnetic resonance imaging, nanometer-sized colloidal particles (nanoparticles) have been widely used as contrast agents for clearer and more specific images and to localize specific organs. We investigate the influence of piezoelectric nanoparticles on the relaxation times of proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) and 1H-MRS in combination with resonant ultrasound (US). A piezoceramic powder consisting of 100 nm sized particles was prepared into a colloid in water by coating with polyacrylic acid. Measurements have shown that the nanoparticles have an influence on the spin-lattice relaxation time T1 of water, which elongates by about 1%. Piezoelectric particles have the ability to generate an electric potential in response to directed mechanical stress. In combination with the periodic pressure variation in a resonant US-wave, these particles function as an emitter for electromagnetic fields with US frequency and couple to the spin-system. The influence of the piezoelectric particles on 1H-MRS is discussed. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/2008/berlin/st2.pdf Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Berlin J.Mende N.Elmiladi C.Höhl K.Maier conference oehdpg08 2008 2 If a 30ms long Ultrasound (US) pulse is irradiated into a sample during a diffusion sensitive Magnetic Resonance Imaging (MRI) sequence, the US can generate contrasts in the image between tissues or liquids with different viscoelastic properties. If the US could be coupled through the cranium into the brain, this effect could possibly be used to visualize brain tumors or Alzheimer plaques. First measurements will be presented, which demonstrate the effect of the US on the MR image and the feasibilty of a coupling of the US through a model of a bone. The US frequency is tuned in such a way, that a resonance condition inside the bone occures. In this case, the US amplitude behind the bone rises enormously and the US effects on the sample can be visualized with the MRI scanner. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/2008/berlin/st4.pdf Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Berlin O.Oehms M.Radicke M.Lewerenz S.Wrede B.Habenstein P.Trautner B.Weber K.Maier conference radpg08 2008 2 Using a diffusion weighted gradient in a standard Magnetic Resonance (MR) Imaging sequence, one is able to visualize movement inside a sample. The diffusion weighted gradient is split into two parts. The first part dephases the ensembles of the spins according to their location and the second part rephases them. The rephasing works properly only if the location of the spins has not changed during the measurement. This means that a movement of the spins leads to a signal loss whereas the level of the movement is encoded in different gray scale values in the MR image. By coupling a 30ms long US pulse to our sample, a force along the US beam path is produced (acoustic radiation pressure). This �static� force leads to a displacement of the spins during the US pulse. By applying the US pulse during one part of the diffusion weighted gradient we get images whereof we can calculate the displacement which characterizes the viscoelastic properties of our sample. Measurements which show the feasibility and the great advantages of this new method will be presented. Further developments and possible clinical applications will be discussed. mrt http://www.dpg-verhandlungen.de/2008/berlin/st2.pdf Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Berlin M.Radicke B.Habenstein M.Lewerenz O.Oehms P.Trautner B.Weber S.Wrede K.Maier article springerlink:10.1007/s10751-008-9628-6 Hyperfine Interactions 2008 181 21-26 When applied to a sample, ultrasound (US) gives rise to a displacement of tissue and a flow in a liquid due to the acoustic radiation pressure. These movements depend on the viscoelastic properties of the sample and can be visualized precisely with an MRI scanner using diffusion- sensitive pulse sequences. In this paper, measurements will be presented, which show the visualization of the US under variation of its parameters in different liquids and in tissue. University of Bonn Helmholtz-Institut für Strahlen-und Kernphysik Nussallee 14–16 53115 Bonn Germany mrt http://www.springerlink.com/content/0926650r6tw30w11/ Springer Netherlands 0304-3843 10.1007/s10751-008-9628-6 M.Radicke A.Engelbertz B.Habenstein M.Lewerenz O.Oehms P.Trautner B.Weber S.Wrede K.Maier mastersthesis wrede 2007 12 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2007_Diplom_Wrede.pdf Universität Bonn Diplomarbeit S.Wrede mastersthesis lewerenz 2007 11 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2007_Diplom_Lewerenz.pdf Universität Bonn Diplomarbeit M.Lewerenz mastersthesis hoehl 2007 3 nmr https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2007_Diplom_Hoehl.pdf Universität Bonn Diplomarbeit C.Höhl mastersthesis radicke2007 2007 3 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2007_Diplom_Radicke.pdf Universität Bonn Diplomarbeit M.Radicke phdthesis andre 2007 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2007_Doktor_Engelbertz.pdf Universität Bonn Dissertation A.Engelbertz conference rahyp07 2007 mrt Konferenz XIV International Conference on Hyperfine Interactions, Iguacu Falls - Brazil M.Radicke A.Engelbertz B.Habenstein M.Lewerenz O.Oehms P.Trautner B.Weber S.Wrede K.Maier conference radpg07 2007 mrt Konferenz DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Regensburg M.Radicke A.Engelbertz B.Habenstein M.Lewerenz O.Oehms P.Trautner K.Maier mastersthesis morar 2006 6 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2006_Diplom_Morar.pdf Universität Bonn Diplomarbeit C.Morar mastersthesis ole 2006 5 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2006_Diplom_Oehms.pdf Universität Bonn Diplomarbeit O. B.Oehms mastersthesis hartman 2005 4 mrt https://agmaier.hiskp.uni-bonn.de/fileadmin/publications/2005_Diplom_Hartman.pdf Universität Bonn Diplomarbeit T.Hartman