MRF basierte B1+ Kartierung für die Magnetresonanz Tomographie der elektrischen Eigenschaften und das RF Pulsdesign bei 7 Tesla

• Antragsteller: Dr. Sebastian Schmitter
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464387898

Während die ersten Magnetresonanztomographen in den frühen 1980er Jahren noch bei einer magnetischen Feldstärke von 0.2-0.5 Tesla (T) arbeiteten, werden heutzutage in der klinischen Magnetresonanztomographie (MRT) oft Geräte mit einer Feldstärke von 1.5 und 3 T eingesetzt. Darüber hinaus werden zunehmend sogenannte Ultrahochfeld (UHF) MRT Geräte von 7 T und mehr für den klinischen Einsatz und für wissenschaftliche Zwecke untersucht. Der Vorteil der hohen Feldstärken liegt besonders im höheren Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR), welches eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung der Bilder ermöglicht und den Prozess der Bildaufnahme beschleunigen kann. Eine große Herausforderung der UHF MRT besteht jedoch in dem räumlich inhomogenen Kontrast und dem inhomogenen Signal des Bildes. Diese entstehen durch die räumlich inhomogene Verteilung der Hochfrequenzfelder (HF), insbesondere ihrer magnetischen Komponente (B1+), welche für die Anregung der Kernspins verantwortlich ist. Diese inhomogene Verteilung lässt sich zwar durch Verwendung von mehreren Sendern (den "HF Spulen") und speziellen HF Pulsen ausgleichen, jedoch ist hierfür eine sehr genaue dreidimensionale räumliche Kartierung der B1+ Felder der einzelnen Sender notwendig. Neben der Möglichkeit diese Inhomogenität auszugleichen, bietet die B1+ Kartierung auch das große Potential, Informationen über die elektrischen Eigenschaften des menschlichen Gewebes zu erlangen, d.h. über die Leitfähigkeit (als Maß der Möglichkeit der Leitung von elektrischen Strömen) und die Permittivität (als Maß der elektrischen Polarisierbarkeit). Diese sind von Interesse, da sie stark als Funktion des Gewebetyps und der Zellzusammensetzung variieren und dadurch möglicherweise Tumorgewebe detektiert und differenzeiert werden kann. Trotz des Potentials wird jedoch die 'Tomographie der elektrischen Eigenschaften' (EPT) bisher nicht weitreichend eingesetzt. Unter Anderem sind die Gründe hierfür das hohe erforderliche SNR in den B1+ Karten und das Fehlen von großen Patientenstudien, die eine ausreichend statistischer Signifikanz aufweisen.Ziel der Arbeit ist es, eine genaue und präzise Methode zur Kartierung der B1+ Felder im Kopf und im Körperstamm zu entwickeln, welches vom hohen SNR bei 7 T profitiert. Hierzu soll das Prinzip des "Magnetic Resonance Fingerprinting" (MRF) verwendet werden, welches in der quantitativen MRT zunehmend an Bedeutung gewinnt und eine hohe Effizienz verspricht. Die erzielten B1+ Karten werden gegenüber einer bestehenden, aber fehlerbehafteten Methode verglichen und anschließend sollen die Auswirkungen der Karten i) auf die bestimmten Werte der elektrischen Eigenschaften und ii) auf die erzielte räumliche Homogenität der UHF Körperstammbildgebung analysiert werden. Die entwickelte Technik ermöglicht langfristig die Erforschung neuer Methoden in der 7 T Körperstammbildgebung und dient für zukünftige EPT Studien mit Tumorpatienten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen