Optimierte Filter für die Kontrastverstärkung in der bildgebenden magnetischen Resonanz

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Suter
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244259901

Im Rahmen dieses Projekts sollen optimierte Verfahren für die bildgebende magnetische Resonanz (MRI) entwickelt werden. Diese werden die Wechselwirkung zwischen den Kernspins und ihrer Umgebung so modulieren, dass der Informationsgehalt der resultierend Bilder maximiert wird. Je nach den diagnostischen Anforderungen können die Verfahren so optimiert werden, dass (i) die Relaxation (Dekohärenz) möglichst effektiv unterdrückt wird, welche durch die strukturierte Umgebung von lebendem Gewebe normalerweise das Signal abschwächt, oder (ii) die spektrale Verteilung des Rauschens untersucht wird, um daraus diagnostisch wertvolle Informationen zu erhalten. In beiden Fällen ist es entscheidend, dass die verwendeten Modulationstechniken so gestaltet werden, dass sie robust sind gegenüber experimentellen Imperfektionen, wie sie gerade in einer klinischen Umgebung unvermeidlich sind. Gleichzeitig müssen die SAR-Werte gering gehalten werden. Wir erwarten, dass mit den auf diese Weise optimierten zeitabhängigen Kontrollfeldern das Signal-zu-Rausch Verhältnis wesentlich verbessert werden kann und / oder dass damit Bilder erzeugt werden können, die einen direkteren Zugang zu diagnostisch wertvoller Information, wie z.B. Diffusionsprozesse im Gewebe, ermöglichen. Für die Optimierung der Sequenzen verwenden wir die Methoden der optimalen Steuerung (optimal control). Mit diesen Methoden haben wir in den vergangenen Jahren sehr erfolgreich Methoden für die Steuerung von Quantenregistern entwickelt und dadurch Expertise gesammelt. Darüber hinaus werden wir mit der Gruppe von Gershon Kurizki (Weizmann Institut, Israel) zusammenarbeiten, einer der weltweit führenden Gruppen auf dem Gebiet der optimalen Steuerung. Erste Experimente werden an einem hochauflösenden NMR Spektrometer durchgeführt werden. Dadurch erhalten wir genügend Messzeit, vermeiden viele Komplikationen von klinischen MRI-Geräten und erhalten einen möglichst direkten Vergleich zwischen Theorie und Experiment. Nach den ersten Tests werden wir an einem ebenfalls in Dortmund vorhandenen Micro-Imaging System weiterarbeiten, um alle Aspekte zu testen, die mit der räumlichen Auflösung zusammenhängen. Um diejenigen Aspekte zu klären, welche mit den Besonderheiten eines Ganzkörpersystems zusammenhängen, werden wir die Experimente am 7T Scanner des Erwin Hahn Instituts implementieren. Als abschließendes Ziel dieses Projekts erwarten wir die Entwicklung einer Reihe von experimentellen Prozeduren, welche die diagnostischen Möglichkeiten der MRI wesentlich erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Beteiligte Person: Professor Dr. Gershon Kurizki