Untersuchung der atmungsinduzierten Änderung von elektromagnetischen Feldern und SAR in der UHF-MR-Bildgebung des Körpers
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein wesentlicher Teil der MRT-Bildgebung besteht in der kohärenten Anregung der Spins im Kopf/Körper durch ein externes Hochfrequenzfeld (HF), das von der MR-Spule erzeugt wird. Dieses HF-Feld hat eine elektrische Feldkomponente (E) und eine magnetische Komponente (B1+). Während B1+ die für die Bildgebung notwendige Anregung der Spins bewirkt, erzeugt die E-Feldkomponente eine unerwünschte (lokale) Gewebeerwärmung welche durch die (lokale) spezifische Absorptionsrate (SAR) charakterisiert ist. Bei der Ultrahochfeld-(UHF)-MRT, bei der Scanner mit Feldstärken von ≥7T arbeiten, treten zwei Probleme auf: erstens kann das B1+-Feld räumlich sehr heterogen sein, so dass die Bilder für die Diagnose unbrauchbar werden. Zweitens wird die SAR zunehmend fokussiert, so dass bei der UHF-MRT örtlich begrenzte "hot spots" entstehen können, was zu Sicherheitsbedenken führt, und eine Begrenzung der HF-Leistung erfordert. Um beide Probleme zu lösen, wurde die Technik des "parallelen Sendes" (pTx), erfolgreich eingesetzt, welche die räumliche B1+-Heterogenität verringert und gleichzeitig die SAR reduziert. Es hat sich jedoch gezeigt, dass B1+ während des Atemzyklus stark variieren kann, so dass eine homogene pTx-Anregung beim Ausatmen zu Signalausfällen im Bild beim Einatmen führt. Die zentrale Hypothese dieses Antrags war, dass die Atmung nicht nur das B1+-Feld, sondern auch das resultierende E-Feld und damit die SAR beeinflusst. Wir konnten zum ersten Mal zeigen, dass diese Hypothese zutrifft. Sowohl B1+ als auch die SAR ändern sich während des Atmungszyklus erheblich und hängen von verschiedenen Faktoren ab. Für diese Untersuchung wurden elektromagnetische (EM) Simulationen unter Verwendung des virtuellen menschlichen Körpermodells, welches in verschiedenen Phasen des Atemzyklus, z. B. Ausatmen oder Einatmen, existiert. SAR- und B1+-Untersuchungen wurden für verschiedene Spulenkonfigurationen, für verschiedene Atemmuster und für verschiedene HF-Pulse durchgeführt. Es wurde bei tiefer Atmung ein bis zu 2,5-facher Anstieg der lokalen SAR zwischen Ausatmen und tiefem Einatmen festgestellt, während die flache Atmung nur geringen Einfluss hatte. Die virtuelle Spule wurde dann nachgebaut, und es wurden Verifizierungsmessungen bei 7T und am 10,5T in den USA in Phantomen und im Menschen durchgeführt, die ähnliche Ergebnisse wie die Simulationen ergaben. Ferner wurden verschiedene Arten von HF-Pulsen erzeugt, um die Abhängigkeit der Pulse von der Atmung zu untersuchen. Die Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag für zukünftige UHF-Untersuchungen im Körperstamm. Sechs Publikationen sind mit dieser Arbeit verbunden , ebenso wie diverse Konferenzbeiträge.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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3D Free‐breathing multichannel absolute Mapping in the human body at 7T. Magnetic Resonance in Medicine, 85(5), 2552-2567.
Dietrich, Sebastian; Aigner, Christoph S.; Kolbitsch, Christoph; Mayer, Johannes; Ludwig, Juliane; Schmidt, Simon; Schaeffter, Tobias & Schmitter, Sebastian
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Impact of respiration on B1+ field and SAR distribution at 7 T using a novel EM simulation setup. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med 28 1120 (2020).
Schön, N.
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Three‐dimensional static and dynamic parallel transmission of the human heart at 7 T. NMR in Biomedicine, 34(3).
Aigner, Christoph Stefan; Dietrich, Sebastian & Schmitter, Sebastian
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Calibration‐free pTx of the human heart at 7T via 3D universal pulses. Magnetic Resonance in Medicine, 87(1), 70-84.
Aigner, Christoph Stefan; Dietrich, Sebastian; Schaeffter, Tobias & Schmitter, Sebastian
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Investigation of respiration-induced changes of the scattering matrix by EM simulations and a breathing body model. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 29 3342 (2021).
Schön, N., Seifert, F., Metzger, G. J., Ittermann, B. & Schmitter, S.
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Motion‐compensated fat‐water imaging for 3D cardiac MRI at ultra‐high fields. Magnetic Resonance in Medicine, 87(6), 2621-2636.
Dietrich, Sebastian; Aigner, Christoph Stefan; Mayer, Johannes; Kolbitsch, Christoph; Schulz‐Menger, Jeanette; Schaeffter, Tobias & Schmitter, Sebastian
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Respiration induced B1+ changes and their impact on universal and tailored 3D kT‐point parallel transmission pulses for 7T cardiac imaging. Magnetic Resonance in Medicine, 87(6), 2862-2871.
Aigner, Christoph Stefan; Dietrich, Sebastian & Schmitter, Sebastian
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Respiration-Induced Variations in Upper SAR Boundary Appear to Increase with Field Strength: A Comparison of UHF Cardiac Imaging at 7T &10.5T. in ISMRM Workshop on Ultra-High Field MR (2022).
Schön, N.
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The impact of respiratory motion on electromagnetic fields and specific absorption rate in cardiac imaging at 7T. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med 30 2547 (2022).
Schön, N.
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The impact of respiratory motion on electromagnetic fields and specific absorption rate in cardiac imaging at 7T. Magnetic Resonance in Medicine, 88(6), 2645-2661.
Schoen, Natalie; Seifert, Frank; Petzold, Johannes; Metzger, Gregory J.; Speck, Oliver; Ittermann, Bernd & Schmitter, Sebastian
