Erforschung des End-zu-End-Lernens für hochauflösende 3D-Spin-Echo-MRT

• Antragsteller: Professor Dr. Moritz Zaiss
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558090876

Turbo-Spin-Echo-Sequenzen (TSE) sind entscheidend für die klinische MRT, insbesondere zur Diagnose von Krankheiten wie Krebs, Multiple Sklerose und Gefäßerkrankungen. Trotz Fortschritten wie Segmentierung, paralleler Bildgebung, Deep Learning und Optimierung der Flipwinkel bleiben die Einschränkungen aktueller TSE-Techniken, vor allem bei schnellen Sequenzen mit langen Echozügen, teilweise ungelöst. Unser Projekt zielt darauf ab, durch End-to-End-Lernen neue Erkenntnisse über optimales TSE-Sequenzdesign zu gewinnen. Dies umfasst das Design von TSE-Flipwinkeln und k-Raum-Abtastung, fortschrittliche Rekonstruktion und simultan trainierte Bildverarbeitungs-Neuronale-Netze. In diesem Kontext hat meine Gruppe kürzlich MR-zero entwickelt, ein Framework, das den gesamten MRT-Prozess als differenzierbare Berechnungskette behandelt und eine End-to-End-Optimierung ermöglicht. Dieser Ansatz erlaubt eine maßgeschneiderte Sequenzanpassung zur Optimierung der Bildqualität für spezifische diagnostische Bedürfnisse. Unser Ziel ist es, durch lernbasiertes Sequenzdesign neue Erkenntnisse für die optimale TSE-Bildaufnahme zu gewinnen, um Bildqualität, Schärfe und Kontrastflexibilität zu verbessern. Die gewonnenen Grundkenntnisse sollen das 2D- und 3D-TSE-Design allgemein für jede Feldstärke oder Zielregion voranbringen. Konkret wollen wir das optimale Flipwinkel-Design für minimale Unschärfe in 3D-TSE bestimmen und den optimalen Signalbildungsprozess für SNR-, PSF- und SAR-Optimalität verstehen. Wir planen auch, die gemeinsame End-to-End-Optimierung von Flipwinkeln und Abtastmuster zusammen mit nachfolgenden Bildverarbeitungsnetzwerken für 3D-TSE zu erforschen, um deren Wechselwirkung zu verstehen und gleichzeitige Optimalität zu erreichen. Schließlich wollen wir die Vorteile des neuen 3D-TSE in Gehirn- und Knie-MRT bei 3T und 7T demonstrieren. Die angestrebte 3D-TSE soll eine Ganzhirnabdeckung in unter 4 Minuten mit einer isotropen Auflösung von 0,66 mm erreichen. Wir erwarten, dass sie in Kontrast, Qualität und Schärfe die aktuellen Ansätze übertrifft, gemessen an RMSE-, SSIM- und PSNR-Metriken hochsegmentierter TSEs. Obwohl wir uns zunächst auf 3T- und 7T-Anwendungen in der Knie- und Gehirnbildgebung konzentrieren, hat dieser Ansatz breitere Implikationen und kann für andere Feldstärken wie 1,5T und 0,55T sowie andere Zielregionen angepasst werden. Das Projekt liefert allgemeine neue Erkenntnisse über TSE-Design, die auch für 2D-TSE gültig sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen