Untersuchung der atmungsinduzierten Änderung von elektromagnetischen Feldern und SAR in der UHF-MR-Bildgebung des Körpers

• Antragsteller: Dr. Sebastian Schmitter
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405363511

In der klinischen Magnetresonanztomographie (MRT) werden vorwiegend Tomographen der Feldstärken 1,5T und 3T verwendet. In der Forschung werden jedoch zunehmend auch sogenannte Ultra-Hochfeld (UHF) Tomographen mit Feldstärken ≥7T verwendet, um dadurch höhere Auflösungen und stärkere Bildkontraste zu erzielen. Die UHF MRT wird dort für diverse Anwendungen im Kopf bereits erfolgreich eingesetzt, dieser Erfolg ist aber bei Anwendungen im Körperstamm aufgrund diverser Probleme noch stark gedämpft.Ein wesentlicher Teil des MR-Bildgebungsprozesses besteht in der kohärenten Anregung der Kernspins im Zielvolumen durch ein zeitabhängiges Radiofrequenz-(RF)-Feld, welches durch eine RF-Spule erzeugt wird. Mit steigender Magnetfeldstärke variiert jedoch die Intensität dieses RF-Feldes zunehmend räumlich, was inhomogene Signalintensitäten und Kontraste im Zielorgan erzeugt, die zu diagnostisch unbrauchbaren Bildern führen können. Gleichzeitig erzeugen die variierenden Felder eine zunehmend räumliche Fokussierung der Spezifischen Absorptionsrate (SAR), die zu lokalisierten Erwärmungen des Gewebes führen können. Um diese Probleme zu beheben, wurde die Technik des parallelen Sendens (pTX) etabliert. Hierbei werden mehrere Spulenelemente parallel betrieben und unabhängig voneinander angesteuert, sodass durch Superposition der individuellen Felder die gewünschte räumliche Signalintensität und eine reduzierte SAR erzielt wird. Kürzlich zeigten aber mehrere Arbeiten unabhängig voneinander, dass die RF Felder auch von der Respiration abhängen. pTX Anregungen mit homogenem Signal während der Ausatmen-Phase können daher zu substanziellen Signalauslöschungen während der Einatmen-Phase führen. Dieser Effekt wird insbesondere problematisch für UHF Aufnahmen, die unter freier Atmung aufgenommen werden, was Gegenstand der aktuellen Forschung ist.Diese Arbeit ist in zwei Teilprojekte unterteilt. Im ersten Teilprojekt wird systematisch der Einfluss der Respiration auf die RF Felder untersucht. Dieses geschieht in Simulationen mit Hilfe von virtuellen Körpermodellen, welche respirationsbedingte Deformationen enthalten. Die Stärke der respirationsinduzierten Feldvariationen wird in Abhängigkeit von physiologischen Parametern (Art der Atmung, Geschlecht, Körpergröße) und von technischen Parametern (Spulenart, Feldstärke) untersucht. Simulationen werden im Phantom und in-vivo bei 3T und 7T validiert. Im zweiten Teilprojekt werden neuartige pTX Techniken entwickelt, welche ein respirationsunabhängiges, homogenes Signal und eine reduzierte SAR während des gesamten Atemzyklus garantieren. Die Technik wird im Phantom und in-vivo bei 7T und 10,5T validiert. Letztere Untersuchung wird in Kooperation mit Forschern der University of Minnesota, USA, durchgeführt, wo sich das Ganzkörper-MR-System mit der zurzeit höchsten Feldstärke befindet. Es werden dort erstmals hochaufgelöste 3D-Datensätze des Herzens mit Hilfe der entwickelten pTX-Techniken und unter freier Atmung aufgenommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Christoph Kolbitsch; Professorin Dr. Jeanette-Esther Schulz-Menger; Dr. Frank Seifert