Hochleistungsdiffusionssonde für die MR-Mammographie

• Antragsteller: Professor Dr. Mark E. Ladd; Professor Dr. Frederik B. Laun; Professor Dr. Maxim Zaitsev, seit 11/2019
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326944748

Moderne Magnetresonanztomographen (MRTs) erzeugen klinisch relevante Bilder, aber eine direkte Bildgebung einzelner Zellen ist aufgrund der geringen Sensitivität der Methode momentan nicht möglich. Nichtsdestotrotz können die Diffusionsbewegung des Wassers beschreibende Größen gemessen werden, welche mit der Gewebemikrostruktur in enger Verbindung stehen. Diffusionsgewichtete Bildgebung wird täglich in der klinischen Diagnostik mit konventionellen MRTs durchgeführt. Leider können klinische Geräte nicht die starken Gradientenfelder zur Verfügung stellen, die zu einer direkten Bestimmung der Gewebemikrostruktur nötig wären. Aus diesem Grund werden momentan nur "scheinbare" Größen wie der sogenannte Apparent Diffusion Coefficient bestimmt. Ziel dieses Antrages ist die Entwicklung eines Gerätes - einer "Hochleistungsdiffusionssonde" -, welche lokal extrem starke Gradientenfelder, mehr als eine Größenordnung stärker als in aktuellen klinischen Systemen, zur Verfügung stellt und somit eine direkte Charakterisierung der Gewebestruktur erlaubt. Der Fokus wird auf die Brustbildgebung gelegt, da vorbereitende Simulationen einerseits die gute technische Machbarkeit aufgezeigt haben und da andererseits den Antragsstellern in momentan laufenden klinischen Studien über Brustkrebs der klinischen Bedarf für eine verbesserte Diagnostik augenscheinlich wurde. Die vorbereitende Designstudie hat ferner gezeigt, dass für die gegebenen geometrischen Parameter eine wesentlich höhere Gradientenstärke erreicht werden kann, wenn statt konventionellen linearen, ein neuartiges nichtlineares Gradientendesign zur Anwendung kommt. Der nichtlineare Gradientenfeldverlauf kann u.U. auch weitere Vorteile für die Patientensicherheit mit sich bringen. Phase 1 des Projekts wird auf die Konstruktion einer Machbarkeitsvariante des Gerätes fokussiert sein, das mit kleinen Auslastungsgraden betrieben werden kann. Das Design wird auf optimierten Oberflächenströmen basieren, welche in Simulationen für Einzel- und Mehrschichtdesigns bestimmt werden. Diese werden sowohl die Anforderungen an eine gute Gradienteneffizienz, als auch die elektro-mechanischen Anforderungen wie eine Drehmomentskompensation erfüllen. Ein wichtiger Aspekt wird die Patientensicherheit sein. Diesem wird Rechnung getragen durch eine Anpassung der Eigenschaften des Gerätes selbst (thermische und elektro-mechanische Eigenschaften) und durch Evaluierung des Effektes der erzeugten Gradientenfelder auf periphere Nervenstimulationen und auf die Herzfunktion. Geeignete diffusionsgewichtete Sequenzen, welche z.B. die vorhersehbar vergrößerten Wirbelstromeffekte kompensieren, werden entwickelt, um eine erfolgreiche Anwendung in ersten Machbarkeitsexperimenten zu gewährleisten. Phase 2 des Projektes wird auf die Konstruktion eines voll funktionsfähigen Prototypen, der mit hohen Auslastungsgraden betrieben werden kann, und auf erste klinisch und wissenschaftlich relevante in vivo Experimente fokussiert sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen