Elektromagnetische Simulationen und HF-Sicherheit

Wegweisend für die nächste Generation der MRT-Technologie

Unsere Forschung prägt die Zukunft der medizinischen Bildgebung durch fortschrittliche elektromagnetische Simulationen sowie innovative Software- und Hardware-Entwürfe. Wir konzentrieren uns auf die Förderung bahnbrechender Forschungsinitiativen, darunter die Entwicklung von Magnetkonstruktionen der nächsten Generation für die MR-gesteuerte Partikeltherapie, die Konstruktion von Hochleistungs-HF-Antennen für die Mehrkanal-MRT sowie die Weiterentwicklung umfassender MRT-Sicherheitsbewertungen. Indem wir die Lücke zwischen der grundlegenden theoretischen Elektrodynamik und der angewandten Technik schließen, treiben wir schnelle, kosteneffiziente und hochmoderne Produktdesigns im Bereich der medizinischen Physik voran. Wir simulieren nicht nur – wir setzen diese numerischen Modelle in physikalische, leistungsstarke Hardware um, die für die medizinische Bildgebung bereit ist.

Die elektromagnetische Umgebung in der MRT

In MR-Systemen werden Felder aus verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums genutzt, um hochauflösende Bilder zu erzeugen. Dazu gehören ein statisches Magnetfeld, das die Spin-Ensembles polarisiert, sowie geschaltete Magnetfeldgradienten, die mit Frequenzen von bis zu 10 kHz arbeiten, um eine präzise räumliche Lokalisierung zu ermöglichen. Darüber hinaus erzeugen Hochfrequenzantennen (HF-Antennen) Felder bei der Larmor-Frequenz zur Spin-Anregung und erfassen die MR-Signale.

Multiphysikalische Modellierung, Simulation und Optimierung: Warum Simulationen wichtig sind

Numerische Simulationen sind nicht nur für die Konstruktionsoptimierung komplexer Antennen, sondern auch für strenge Konformitätsprüfungen zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden. Durch die Ermittlung der gesamten dreidimensionalen Feldverteilung können wir realistische Expositionsszenarien visualisieren und wichtige Daten erfassen, die sich in vergleichbarer Detailgenauigkeit nicht messen lassen. Tatsächlich ist die numerische Berechnung von HF-Feldern in hochauflösenden anatomischen Körpermodellen derzeit der praktischste Weg, um realistische SAR-Verteilungen zu erhalten, die erforderlich sind, um die Einhaltung lokaler SAR-Grenzwerte zu gewährleisten.

Da menschliches Gewebe HF-Energie als Wärme absorbiert, sind strenge Sicherheitsbewertungen von entscheidender Bedeutung. Internationale Richtlinien, wie beispielsweise die IEC-Normen, legen strenge Grenzwerte fest, um Gewebeschäden zu verhindern, und Sicherheitsbewertungen basieren im Allgemeinen auf der lokalen spezifischen Absorptionsrate (SAR). Da die SAR jedoch nur die absorbierte Leistung widerspiegelt und nicht direkt proportional zum tatsächlichen Temperaturanstieg ist, geht unser Ansatz noch einen Schritt weiter. Wir nutzen fortschrittliche Gleichungen zur biologischen Wärmeübertragung, um zusätzlich zur SAR die genaue lokale Gewebetemperatur und die thermische Dosis zu bewerten. Diese umfassende Methodik stellt sicher, dass die von uns entwickelten Technologien der nächsten Generation ebenso sicher wie leistungsstark sind.