Dual-Frequenz-Spulen auf Basis von Metamaterialien für den Einsatz in der Ultrahochfeld Magnetresonanztomographie (MRT) zur krankheitsspezifischen Bildgebung

• Applicant: Dr.-Ing. Andreas Rennings
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2011 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 194709972

In vielen Fällen der krankheitsspezifischen Bildgebung auf Basis der Magnetresonanztomographie (MRT) ist es erforderlich, neben Wasserstoffkernen (1H) auch andere, sog. X-Kerne, wie z.B. Natrium (23Na), darstellen zu können. Verglichen mit den Protonen weisen die X-Kerne eine geringere Konzentration und MR-Sensitivität auf. Daher ist eine Ultrahochfeld-MRT (7 Tesla) Voraussetzung für eine nutzbare Bildgebung. Idealerweise sollte die benötigte Hochfrequenz-Spule bei beiden Kernresonanzen (1H/23Na) resonant sein. Neben dieser Doppelresonanzeigenschaft werden hier mehrkanalige Spulensysteme angestrebt, welche im Rahmen der etablierten mono-resonanten Protonen-MRT zu einer signifikant höheren Bildqualität und einer schnelleren Bildakquise führten. In der einjährigen Pilotphase sollen erstmalig doppelresonante Mehrkanal-Spulen für die 7T-MRT auf Basis von Metamaterialien erforscht werden. Dabei sollen periodische Metall-Strukturen verwendet werden, die aus Einheitszellen aufgebaut sind. Sie bilden die Bausteine für so genannte Metamaterialien – vergleichbar mit den Molekülen in natürlichen Materialien. Da man die Wellenausbreitungs- Eigenschaften dieser künstlich hergestellten Strukturen optimal gestalten kann, bieten sich erweiterte Möglichkeiten, Magnetfelder zu erzeugen. Im Speziellen soll hier die implizite Dualfrequenz-Fähigkeit einer eindimensionalen CRLH (engl. composite right/left-handed) Metamaterial-Struktur ausgenutzt werden, um verbesserte, doppelresonante Spulensysteme (double-tuned MetaCoils-Technologie) zu realisieren. Neben grundsätzlichen Untersuchungen zu geeigneten Topologien für die periodischen Metallstrukturen der CRLH Metamaterialien sind anschließend umfassende feldbasierte Simulationen nötig, um die beiden Resonanzen für das Kernpaar 1H/23Na gezielt anzuregen. Abschließend werden die geeignetsten doppelresonanten Spulensysteme für die Bildgebung in Knie und Kopf aufgebaut und mittels Hochfrequenzmesstechnik charakterisiert. Bei positiven Ergebnissen ist eine anschließende Projektphase für ausführliche Erprobungen in einem 7T Ganzkörpertomograph geplant.

• DFG Programme: Research Grants