MRF basierte B1+ Kartierung für die Magnetresonanz Tomographie der elektrischen Eigenschaften und das RF Pulsdesign bei 7 Tesla
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein wesentlicher Teil der MRT-Bildgebung besteht in der kohärenten Anregung der Spins im Körper durch ein externes Hochfrequenzfeld (HF-Feld), das von der MR-Spule erzeugt wird. Insbesondere die magnetische Komponente (B1+) ist für die Bildgebung von Relevanz, da sie die notwendige Anregung der Spins bewirkt. Bei der Ultrahochfeld-(UHF)-MRT, d.h. bei MRT- Geräten mit Magnetfeldstärken ≥7T, treten substanzielle Probleme auf, da mit zunehmender Magnetfeldstärke das B1+-Feld räumlich heterogener wird. Im Körperstamm treten bei 7T sogar lokale Bildsignalauslöschungen auf, wodurch die Bilder diagnostisch unbrauchbar werden. Um diesen Effekt zu beheben wird die Technik des "parallelen Sendens" (pTx), erfolgreich bei 7T eingesetzt. Hierbei werden HF-Sender ("HF-Spulen") mit mehreren unabhängigen Sendelementen und speziellen HF-Pulsen eingesetzt, welche für jedes Sendelement optimiert werden. Diese Technik erfordert aber eine sehr genaue räumliche Kartierung der B1+-Felder jedes Sendelementes und in der Genauigkeit dieser Karten besteht bei Feldstärken ≥7T ein Problem. Um eine hohe Präzision und Genauigkeit des B1+-Feldes mit bestehenden Kartierungsmethoden zu erzielen, sind hohe Flipwinkel (FA) von mindestens 20° notwendig, d.h. die Spins werden um diesen Winkel in die Transversalebene gekippt. Hohe FA benötigen aber eine hohe HF-Leistung, welche im Körperstamm typischerweise nicht verfügbar ist. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass eine Kartierungsmethode basierend auf dem Prinzip des „Magnetic Resonance Fingerprinting“ (MRF) auch bei sehr kleinen FA von 6° nur einen Fehler <10% aufweist. Ferner hat sich der Dynamikbereich der B1+ Kartierung gegenüber allen bisherigen Methoden vergrößert, gegenüber vielen verdoppelt, teilweise sogar verdreifacht. Wir haben bereits zu Beginn des Projektes bemerkt, dass diese Methode in vielen Bereichen ein hohes Anwendungspotenzial hat. Wir haben erstmals akkurate Karten im Körperstamm bei 10.5 Tesla Feldstärke aufgenommen; wir verwenden die Methode nun routinemäßig um Referenz-Karten im Körperstamm aufzunehmen, welche anschließend öffentlich zur Verfügung gestellt werden; wir nutzen die Methode für Validierungszwecke für elektromagnetische Simulationen und testen von Prototypenspulenelemente; und wir nutzen die Methode für eine B1+- Korrektur von Messdaten, welche durch das räumlich variierende B1+-Feld verfälscht sind. Insgesamt liefern die Ergebnisse einen wichtigen Beitrag für zukünftige UHF-Untersuchungen insbesondere im Körperstamm und ermöglichen eine vielseitige Anwendung. Fünf Publikationen und diverse Konferenzbeiträge sind mit dieser Arbeit verbunden, eine weitere ist aktuell im Review-Prozess und in weiteren drei noch nicht veröffentlichen Publikationen kommt diese Methode aktuell zum Einsatz.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Low power free-breathing absolute B1+ mapping in the human body at 7T using magnetic resonance fingerprinting; 31st Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT, London, 07-12 May 2022
Lutz M., Aigner C., Dietrich S., Flassbeck S., Gatefait C., Kolbitsch C. & Schmitter S.
-
MRF-based channel-wise absolute B1+ mapping at low RF power in the human abdomen at 7T; 32th ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, Toronto, 03-08, June, 2023
Lutz M., Aigner C., Flassbeck S., Krüger F., Gatefait C., Schäffter T. & Schmitter S.
-
B1‐MRF: Large dynamic range MRF‐based absolute B1+ mapping in the human body at 7T. Magnetic Resonance in Medicine.
Lutz, Max; Aigner, Christoph Stefan; Flassbeck, Sebastian; Krueger, Felix; Gatefait, Constance G. F.; Kolbitsch, Christoph; Silemek, Berk; Seifert, Frank; Schaeffter, Tobias & Schmitter, Sebastian
-
Deep learning‐based whole‐brain B1+‐mapping at 7T. Magnetic Resonance in Medicine, 93(4), 1700-1711.
Krueger, Felix; Aigner, Christoph Stefan; Lutz, Max; Riemann, Layla Tabea; Degenhardt, Katja; Hadjikiriakos, Kimon; Zimmermann, Felix Frederik; Hammernik, Kerstin; Schulz‐Menger, Jeanette; Schaeffter, Tobias & Schmitter, Sebastian
-
Impact of RF imperfections on MRF--based and reference B1 mapping methods with a commercial 1Tx/32Rx head coil. 33rd ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, Singapore, 04-09, May, 2024
Lutz M., Silemek B., Seifert F., Aigner C.S., Orzada S., DelaBarre L., Schaeffter, T. & Schmitter S.
-
Signal interferences in Actual Flip Angle Imaging (AFI) of polyvinylpyrrolidone (PVP) solutions. 33rd ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, Singapore, 04-09, May, 2024
Himburg N., Lutz M., Mitschang L., Frintz J.G. & Schmitter, S.
-
Tailored and universal parallel transmit broadband pulses for homogeneous 3D excitation of the human heart at 7T. Magnetic Resonance in Medicine, 92(2), 730-740.
Aigner, Christoph Stefan; Dietrich‐Conzelmann, Sebastian; Lutz, Max; Krüger, Felix & Schmitter, Sebastian
-
Human liver CEST imaging at 7 T: Impact of B1+ shimming. Magnetic Resonance in Medicine, 94(4), 1604-1615.
Bulanov, Petr; Menshchikov, Petr; Grimm, Johannes A.; Lutz, Max; Orzada, Stephan; Boyd, Philip S.; Bachert, Peter; Ladd, Mark E.; Korzowski, Andreas & Schmitter, Sebastian
-
Reproducibility of Electromagnetic Field Simulations of Local Radiofrequency Transmit Elements Tailored for 7 T MRI. Sensors, 25(6), 1867.
Hubmann, Max Joris; Nurzed, Bilguun; Hansen, Sam-Luca; Kowal, Robert; Schön, Natalie; Wenz, Daniel; Saha, Nandita; Lutz, Max; Fiedler, Thomas M.; Orzada, Stephan; Winter, Lukas; Keil, Boris; Maune, Holger; Speck, Oliver & Niendorf, Thoralf
