Light Coils: Magnetresonanztomographie mit modularen Hochfrequenzspulen mit optischer Leistungs- und Datenübertragung

• Antragsteller: Professor Dr. Caglar Ataman; Dr.-Ing. Ali Caglar Özen
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532643102

Das Design von Empfangsspulen-Arrays für die Magnetresonanztomographie (MRT) ist herausfordernd aufgrund elektromagnetischer Störungen und Übersprechen in den elektrisch leitenden Kabeln, die zu Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)-Verlusten während der Signalübertragung führen. Dadurch wird die maximale Anzahl der Kanäle begrenzt. Der Light Coil-Ansatz in dieser Arbeit wird die Probleme herkömmlicher Empfangsspulen-Arrays überwinden durch eine Kombination innovativer Hochfrequenz (HF-)Antennenarchitekturen, rauscharmer und stromsparender Front-End-Elektronik und modernster Silizium-Photonik-Technologie, um eine robuste und skalierbare Lösung für MRT-Spulen-Arrays bereitzustellen, die optisch betrieben werden und die modulare Sendetechnologien verwenden. Die aktuellen HF-Spulen-Arrays große Nachteile auf: 1.Festgelegten und Eingeschränkten Anzahl von Spulenelementen; 2.Passen nicht an verschiedene Patientengrößen; 3. Sie benötigen leitende Kabel, um das MR-Signal zu übertragen und Strom zu liefern. Leitende Kabel stellen bei der MRT ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar, und das Übersprechen zwischen ihnen beeinträchtigt die Bildgebungsleistung. 4.Die dichten Kabelbündel und Schaltungen rund um die Spule beeinträchtigen die HF-Übertragungsleistung. Eine modulare HF-Spulentechnologie mit optischer Signal- und Leistungsübertragung ermöglicht die Entwicklung einer bisher unerreichten Anzahl von Kanälen zur Verbesserung der Bildgebungsgeschwindigkeit und des SNR. In einem modularen Spulenarray werden die Spulenelemente flexibel angeordnet, um sich an den jeweiligen Patienten anzupassen, so dass das beste SNR erzielt werden kann, was zu neuen Erkenntnissen in der Gehirnforschung führt. In diesem Antrag kombinieren wir modernste HF-Elektronik und Optik, um die Light Coil-Technologie zu realisieren. Jedem Lichtspulenelement ist eine bestimmte Wellenlänge für die optische Strom- und Signalübertragung zugeordnet. Signal- und Leistungsübertragungswellen werden mit Hilfe von photonischen Ics auf der Spule getrennt ge- und demultiplexiert. Optische Verbindungen zwischen den Lichtspulenelementen werden sowohl für die Signal- und Leistungsübertragung als auch für die mechanische Befestigung verwendet. Nur das Hauptelement der Lichtspule ist über Glasfasern mit dem Kontrollsystem verbunden. Alle angeschlossenen Nebenelemente haben interne Faserverbindungen und optische Anschlüsse, um mit dem nächsten Lichtspulenelement verbunden zu werden. Zuerst werden die Leistungsanforderungen untersucht und optimiert mittels neuartiger Verstärker und aktiver Verstimmungsnetzwerke, dann wird die Light Coil-Technologie für ein flexibles 32-Kanal-Spulenarray implementiert. Wir werden auch sicherstellen, dass die entwickelten Lösungen und Technologien auf höhere Kanalzahlen von HF-Spulenarrays in der zweiten Phase des Projekts hochskalierbar sind, in der funktionelle MRT und MREG mit 256-Kanal-Lichtspulen mit bisher unerreichter zeitlicher und räumlicher Auflösung demonstriert wird.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Großgeräte: 16 C- and L-band telecom lasers