7Tesla: RF-Systeme und -Konzepte - Deutsches Krebsforschungszentrum

7T-MRT: RF-Systeme und -Konzepte

Alternativer Text: "Eine sagittale Darstellung eines menschlichen Körpers, die die Wirbelsäule und den Kopf zeigt. Umgeben von radiellen Linien, die auf Radiofrequenzsysteme hinweisen, wird das Bild im Kontext von 7T-MRT-Technologien verwendet."

Unsere Forschungsgruppe entwickelt Mehrkanal-Sendesysteme für den Einsatz in Ultrahochfeld-MRT-Systemen, um die Bildgebung großer Volumen im menschlichen Körper zu erleichtern. Unser Ziel ist es, Werkzeuge bereitzustellen, die es Klinikern ermöglichen, das volle Potenzial der Ultrahochfeld-MRT zu nutzen.

Die Arbeit der Gruppe kann in zwei Bereiche unterteilt werden: Hardware und Konzepte.

Auf der Hardwareseite arbeiten wir an Mehrkanal-Sendesystemen, einschließlich Modulatoren, Hochleistungs-HF-Verstärkern, HF-Überwachungshardware, Sende-/Empfangsschaltern sowie HF-Arrays.

Auf der Konzeptseite arbeiten wir an der Verbesserung der Nutzung der Hardware, z. B. durch die Einführung verbesserter Kompressionsalgorithmen für die in die HF-Überwachungshardware eingespeisten Daten.

Forschungsthemen

Entwicklung und Implementierung von neuartigen integrierten RF-Arrays
Verbesserung der RF-Architektur
Verbesserung der SAR-Matrix-Kompression
Bereitstellung zugänglicher Werkzeuge für klinische Studien

Derzeit ist unsere Gruppe an den folgenden Konsortialprojekten beteiligt:

STASIS
MRITwins

Das Bild zeigt zwei MRI-Schnitte eines menschlichen Körpers, beschriftet als "CP+" und "2 kT". Rote Punkte heben bestimmte Bereiche hervor, die vermutlich für eine medizinische Analyse relevant sind.

MR-Bilder, die Signalausfälle in einem Shim (CP+) im Vergleich zu einer Anregung mit 2 kT-Punkten zeigen. Während der Shim Signalausfälle aufweist (rot markiert), zeigt die kT-Punkte-Anregung eine homogene Anregung der Leber.

Seit den Anfängen der Magnetresonanztomographie (MRT) gibt es ein ständiges Streben nach höheren Magnetfeldstärken. Der Grund dafür ist das verbesserte Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und der verbesserte Kontrast, den die Erhöhung der Hauptmagnetfeldstärken bietet. Während 1,5T und 3T zum klinischen Standard geworden sind, haben sich höhere Feldstärken in der wissenschaftlichen Anwendung durchgesetzt, wobei 7T erst kürzlich den Weg in die klinische Praxis gefunden hat.

Während ein höheres SNR und ein verbesserter Kontrast den diagnostischen Wert der mit höheren Feldstärken aufgenommenen Bilder potenziell erhöhen können, bringen höhere Feldstärken auch Herausforderungen mit sich. Die Hochfrequenzfelder, die zur Anregung der Spins verwendet werden, müssen die gleiche Frequenz wie die Spins haben. Dies wird als Larmor-Frequenz bezeichnet und ist proportional zur Stärke des Hauptmagnetfeldes. Da die Wellenlänge von HF-Wellen antiproportional zur Frequenz ist, werden die Wellen bei höheren Hauptmagnetfeldstärken viel kürzer. Bei 7T beispielsweise beträgt die Wellenlänge im Gewebe bei der Larmor-Frequenz etwa 11-13 cm, was sogar kleiner ist als der Durchmesser eines menschlichen Kopfes. Dies führt zu Welleneffekten mit helleren und dunkleren Bereichen im Sichtfeld, die die Bildqualität stark beeinträchtigen. Um dem entgegenzuwirken, können mehrkanalige Ansätze verwendet werden, bei denen mehrkanalige Sendeanordnungen von den Mehrfachverstärkern eines mehrkanaligen HF-Systems angesteuert werden. Mit einem solchen System können nicht nur die Auswirkungen der reduzierten Wellenlänge auf die Bildqualität verringert, sondern auch anspruchsvollere Übertragungstechniken wie die selektive Anregung verbessert werden. Darüber hinaus ermöglichen die größeren Freiheitsgrade, die Mehrkanal-Sendesysteme bieten, eine bessere Kontrolle über die lokale spezifische Absorptionsrate (SAR), so dass kürzere Wiederholungszeiten und höhere Flip-Winkel möglich sind.

Unsere Gruppe hat ein 32-Kanal-Sendesystem als Zusatzgerät für das 7T-MRT-System des DKFZ entwickelt und implementiert [1].

Das System besteht aus 32 IQ-Modulatoren, 32 HF-Verstärkern mit 2 kW Spitzenleistung und Vorverzerrung, einer Leistungsüberwachung für die Patientensicherheit sowie einem integrierten HF-Body-Array und Peripheriegeräten zur Steuerung des korrekten Timings.
Die hohe Kanalzahl und die hohe HF-Leistung des Systems ermöglichen die Erfassung von Bildern mit einem großen Sichtfeld und einer maßgeschneiderten Anregung, um das volle Potenzial der 7T-MRT zu nutzen.

Derzeit arbeiten wir an:

Modulatoren mit höherer Auflösung und Abtastrate
Effizientere Verstärker für Sequenzen mit hohen Tastverhältnissen
Ein modulareres Design, um eine noch höhere Kanalanzahl zu ermöglichen

Referenzen: [1] Orzada, S., et al. (2019). "A 32-channel parallel transmit system add-on for 7T MRI." PLoS One 14(9): e0222452

Publikationen der Gruppe

RF Systems & Concepts Publications until December 2025.pdf

PDF , 132.47 KB

Kontakt

Dr. Stephan Orzada

Arbeitsgruppenleiter