7 Tesla MR: Wasserstoffbildgebung und HF Pulsdesign

Die klinische Magnetresonanztomographie (MRT) wird typischerweise bei Feldstärken von 1.5 Tesla oder 3 Tesla durchgeführt. Jedoch gibt es seit Beginn der MRT ein stetiges Bestreben, die Feldstärke zu erhöhen. Der Grund hierfür liegt darin, dass das Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR) mit der Feldstärke ansteigt, was höhere räumliche Bildauflösungen ermöglicht. Gleichzeitig wird dadurch eine höhere spektroskopische Auflösung in der MR Spektroskopie möglich, und das höhere B0 Feld erlaubt im Allgemeinen größere Beschleunigungsfaktoren in der Bildaufnahme und kann zu verbesserten Bildkontrasten führen.

Aus diesen Gründen werden zurzeit am DKFZ und in mehreren wissenschaftlichen Einrichtungen weltweit sogenannte Ultra-Hochfeld (UHF) MRT Geräte getestet und ihr klinischer Nutzen erforscht. Diese arbeiten bei einer Feldstärke von 7 Tesla und mehr. In Übereinstimmung mit den oben genannten Eigenschaften konnte gezeigt werden, dass die UHF MRT für eine Vielzahl von Anwendungen vorteilhaft sein kann. Darunter sind Anwendungen wie beispielsweise Bildgebungstechniken zur MR Angiographie oder der Blutfluss-Quantifizierung. Ferner werden Studien durchgeführt, um die Vorteile in der Tumordiagnostik und Tumorcharakterisierung zu analysieren.

Neben den genannten Vorteilen gibt es in der UHF MRT jedoch auch diverse Herausforderungen und Probleme, insbesondere wenn das Zielvolumen im Körperstamm liegt. Die Probleme hängen größtenteils mit der hohen Larmorfrequenz der Protonen von etwa 300 MHz bei 7 Tesla zusammen. Um die Protonen im MRT Bildgebungsprozess sichtbar machen zu können, werden Hochfrequenz- (HF) Pulse mit der Larmorfrequenz appliziert, die dann die Protonenspins anregen. Die Frequenz bei 7 Tesla resultiert in einer Wellenlänge von etwa 11 cm im menschlichen Körper, was in der Größenordnung der Zielorgane liegt. Dieses führt dann zu räumlichen Variationen in der Amplitude und Phase des HF Feldes, welches aus der elektrischen (E) und der magnetischen (B1) Komponente besteht. Das räumlich variierende transmittierte B1 Feld führt zu örtlich variierenden Flipwinkeln und damit zu örtlich variierendem Kontrast, was ein großes Problem für die Diagnostik darstellt. Das variierende E-Feld resultiert in lokalen Variationen der spezifischen Absorptionsrate (SAR), welche ein sicherheitsrelevanter Parameter ist.

Zusätzliche Probleme treten auf, wenn sich das Zielvolumen innerhalb des Körperstammes befindet, da dann physiologische Bewegungen wie etwa Herzbewegung, Atembewegung oder Peristaltik berücksichtigt werden müssen.

Ein Ziel der Gruppe ist es, die oben genannten Probleme zu lösen, unter anderem mit Hilfe von sogenannten parallelen Sendetechniken (parallel transmission – pTX) und geeigneten Rekonstruktionsmethoden. Die einzelnen Entwicklungen werden dann in-vivo bei 7 Tesla in kleineren Studien angewendet und validiert.  Die Anwendungen sind vielfältig, unter ihnen befinden sich insbesondere quantitative Bildgebungstechniken in kardiovaskulären Bildgebungs- und Aufnahmemethoden für die Tumordiagnostik.

Schwerpunkte:

-          Parallele Transmission (PTX) und HF Pulsdesign für UHF MRT im Kopf und Körperstamm

-          Quantitative Bildgebung des Blutflusses mittels 4D Fluss Methoden

-          Beschleunigte Herzbildgebung am 7 Tesla unter Verwendung von PTX

-          Quantitative Bildgebung mittels MR Fingerprinting

-          Tumorbildgebung

 

MR angiogram obtain from 3-slab TOF acquisition with standard excitation (CP mode) (a) and 2-spoke pTX excitation (b). Corresponding flip angle maps at the center slice for each of the 3 slabs are shown in c+d).
© CMRR, University of Minnesota, Minneapolis, USA

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