Untersuchung von Spulenkonzepten auf der Basis von flachen Electronic Band Gap (EBG)-Strukturen für den Einsatz in der Magnetresonanz-Tomographie (MRT)

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Quick; Dr.-Ing. Andreas Rennings
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 191947714

Die im Rahmen des ersten Förderabschnittes erforschten mehrkanaligen Hochfrequenzspulen für die 7-Tesla Magnetresonant-Tomographie (MRT) wurden unter Verwendung einer Nahfeldmesstechnik positiv evaluiert. Es handelt sich dabei um mäandrierte Dipolstrukturen mit einer elektrischen Länge von ca. drei Halbwellenlängen. Diese Elemente weisen auf der Rückseite eine Schirmung auf, um das Magnetfeld primär in Richtung des Patienten zu erzeugen (Sendefall) bzw. primär von dort zu empfangen. Bei der Abschirmung handelt es sich entweder um eine längenoptimierte, somit eigen-resonante Metallplatte oder um eine flache elektromagnetische Bandlücken-Struktur, welche eine High Impedance Surface (HIS) Abschirmung bildet. Im erstgenannten Fall führt die eigenresonante Grundplatte zu verbesserten elektromagnetischen Feldern im Körper des Patienten. Die Funktionsweise der HIS-Abschirmung basiert auf gleichphasigen Spiegelströmen, die zu einer verbesserten B1-Effizienz (Magnetfeldamplitude pro aufgenommene Leistung) führen. Ferner sind benachbarte Spulen-Einzelelemente durch die Bandlücken-Eigenschaft besser voneinander isoliert.In der nun beantragten zweiten Projektphase sollen die zur Verfügung stehenden Spulen an einem 7-Tesla Tomograph ausführlich erprobt werden. Diese Evaluation umfasst zunächst Einzelelemente die mittels sog. Phantome getestet werden, die den menschlichen Körper in seinen elektromagnetischen Eigenschaften nachbilden. Anschließend werden aufwendigere Mehrkanal-Spulen-Systeme (4-kanalige Setups für die Knie- bzw. Kopfbildgebung und 8-Kanal-Arrays für Abdomen- bzw. Rückenbetrachtungen) aufgebaut. Abschließend sollen damit in-vivo Messungen von verschiedenen o.g. Körperregionen durchgeführt werden.Parallel zu der Erprobung am 7-Tesla-Scanner soll eine Weiterentwicklung der bisherigen innovativen Ansätze erfolgen, auch auf Basis der Erkenntnisse im Zusammenhang mit dem praktischen Einsatz. Es soll beispielsweise eine ortsabhängige Oberflächenimpedanz der Abschirmplatte erforscht werden. Initial werden hierbei die beiden Extremwerte Kurschluss (homogenes Metall) bzw. Leerlauf (HIS-Struktur) betrachtet. Dieser Ansatz stellt einen weiteren bisher unerforschten Freiheitsgrad bei der Erzeugung von MRT-optimierten elektromagnetischen Feldern im menschlichen Körper dar. Neben den o.g. Dipol-Elementen sollen auch Ring-Strukturen (magnetische Dipole) oberhalb von HIS-Abschirmungen betrachtet werden, und insbesondere bei Körperteilen eingesetzt werden, wo eine derartige Ring-Topologie Vorteile bietet, beispielsweise bei der Brustbildgebung.Abschließend sollen Kombinationen aus elektrischen und magnetischen Dipolen untersucht werden. Der bereits etablierte Mäander-Dipol soll hierbei mit Ring-Antennen kombiniert werden, so dass sowohl tangentiale als auch normale Magnetfeldkomponenten erzeugt werden. Bei korrekter Phasenlage diese beiden Anteile ergibt sich ein Einzelelement, welches ein zirkular-polarisiertes magnetisches Nahfeld erzeugt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Klaus Solbach