Development and evaluation of a phantom for the verification of slice thickness in thin section MR examinations

GesamtdissertationZielsetzung: Es sollte ein Testobjekt entwickelt und erprobt werden, das zur Überprüfung der Genauigkeit der Schichtdicke von Dünnschichtaufnahmen in der Magnetresonanz-Tomographie dient. Die schon zuvor in der Literatur beschriebene Problematik der diskreten Neigung der Bild- gegenüber der Ebene der Phantomscheiben wurde anhand eines mathematisch generierten Testobjekts simuliert und evaluiert. Methodik: Mit einem 1,5-T-MR-Gerät wurden mithilfe einer Oberflächenspule T1-gewichtete Bilder eines Phantoms akquiriert, das aus 304 Scheiben mit einer definierten Dicke von 0,1 mm besteht. Die Phantomscheiben sind jeweils mit einer Kerbe versehen, die vor der Untersuchung mit Kontrastmittellösung befüllt wurden. Es wurden Schichtdicken von 0,3 mm bis 0,6 mm untersucht. Die mit Kontrastmittel gefüllten Kerben dienten in zwei unterschiedlichen Auswertungsschritten dazu, die tatsächliche Schichtdicke zu berechnen. Eine Simulation des Testobjektes mittels der Visualisierungssoftware AMIRA 3.1 diente dazu, den Einfluss verschiedener Winkel der koronaren Schnittführung auf die Schichtdicke zu bestimmen. Ergebnisse: Unter nahezu idealen Bedingungen waren bei der quantitativen Auswertung der gemessenen Schichtdicke, die als die genauere Methode der Bildverwertung angesehen wird, die mit diesem Testobjekt bestimmten Schichtdicken 11 % bis 19 % (0,065 mm für effektive 0,6 mm bis 0,074 mm für effektive 0,4 mm) größer als die Schichtdicke, die durch das Gerät vorgegeben wurde. Die Untersuchung mit dem rechnergestützten Phantom zeigte, dass die Differenz der bestimmten Schichtdicke zum nominellen Wert keine Rückschlüsse auf die Winkelung der Ebene der Testobjektscheiben zum Gradientenfeld zulässt und somit eine mathematische Korrektur dieser Fehlausrichtung nicht möglich ist. Schlussfolgerung: Diese Arbeit konnte zeigen, dass das hier vorgestellte Phantom für die Bestimmung der Schichtdicke von Feinschichtaufnahmen in der MRT geeignet ist. Seine Herstellung ist einfach, die Untersuchung selbst samt Vorbereitung und die Auswertung benötigen wenig Zeit. Es erlaubt die Überprüfung, ob die tatsächliche Schichtdicke dicht an der nominellen liegt. Die Unterschiede zwischen den Angaben des Herstellers des MR-Gerätes und den hier bestimmten wurden als tolerabel angesehen. Die Computersimulation ergab, dass der Einfluss einer diskreten Neigung der Schnittebene auf die Bestimmung der tatsächlichen Schichtdicke vernachlässigbar ist.Purpose: This study aimed to delelop and test a phantom for the verification of nominal slice thickness in thin section MR scans. Since there is a certain problem of misalignment along the z-axis as described by other authors before the influence of different examination angles on the number of depicted notches and the resulting effective slice thickness was evaluated theoretically with the use of a virtual phantom. Methods: A test phantom was constructed consisting 304 discs each with a thickness of .1 mm and with one notch. The notches varying from slice to slice in a helical manner were filled with a diluted solution of Gd-DTPA. At a 1.5-T-system with a surface coil T1-weighted images with different slice thicknesses (.3 to .6 mm) were performed and the average number of notches was evaluated qualitatively and quantitatively. Additional measurement testing the reproducibility and computer simulations evaluating the influence of different examination angles were performed. Results: Comparing nominal and effective slice thicknesses on quantitative evaluation which is assumed to be the more precise method - the difference amounts to 15% (.3 mm), 19% (.4 mm) and 10% (.6 mm), respectively. On qualitative evaluation the differences were larger. Reproducibility of the results between different measurements was good especially when quantitative evaluation was used. Computer simulations revealed that there is no method to determine the phantom s misalignment along the z-axis by calculating the correlation between the difference of slice thickness and the respective angle. Conclusions: The described phantom allows for determination of the effective slice thickness on thin-slice MR examinations with high reproducibility. Handling of the phantom is simple and misalignment along the z-axis unproblematic when evaluated quantitatively. For the evaluated MR scanner the differences between the measured and nominal slice thicknesses specified by the manufacturer were tolerable. The computer simulation showed that the slight deviation between the desirable rectangular angle of the image plane and the phantom s axis is of almost no influence regarding the calculation of the effective slice thickness