Ziel dieser Aktivitäten ist die Entwicklung und messtechnische Charakterisierung von Sende(Tx)/Empfangs(Rx)-Array-Spulen zur Verbesserung der diagnostischen Möglichkeiten der Hochfeld- und Ultrahochfeld-MRT. Mit dem Einsatz dieser TxRx-Arrays gelingt es, die aufgrund von Ausbreitungsphänomenen der elektromagnetischen Strahlung inhomogene Verteilung des hochfrequenten magnetischen B₁-Felds im Körper besser zu kontrollieren. Hierzu werden die einzelnen Sendespulen kohärent mit unterschiedlichen HF-Amplituden und Phasen angesteuert. Besonders geeignet für diese TxRx-Arrays ist die so genannte Current-Sheet-Antenne (CSA), die für die Anwendung im MRT in Zusammenarbeit mit Bruker Biospin MRI entwickelt wurde¹.
Die Art der Ansteuerung bedingt auch die örtliche Verteilung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) der elektromagnetischen Strahlung im Körper und damit die Sicherheit des TxRx-Arrays. Entsprechend der Norm IEC 60601-2-33 ("Particular requirements for the safety of magnetic resonance equipment for medical diagnosis") muss sichergestellt werden, dass auch für eine ungünstige Verteilung der SAR der Grenzwert für die lokale SAR von 10 W/kg nicht überschritten wird. Zur umfassenden Charakterisierung von TxRx-Arrays wird daher die örtliche Verteilung der spezifischen Absorptionsrate im Körper und der damit verbundenen maximalen Temperaturerhöhungen für verschiedene Ansteuerbedingungen des zu charakterisierenden TxRx-Arrays berechnet. Diese Simulationsrechnungen basieren auf dem FDTD-Verfahren und können mit Hilfe von Messungen der B₁-Verteilung (Amplitude und Phase) im Phantom oder in vivo validiert werden. Darüber hinaus wird in gesonderten Experimenten ein Phantom mit Hilfe von Dauerstrich-HF-Strahlung im MRT für ausgewählte Ansteuerbedingungen des TxRx-Arrays geheizt und anschließend die örtliche Verteilung der Temperatur mit Hilfe der MR-Tomographie gemessen.
Weiterhin sind in der Arbeitsgruppe für spezielle MR-Messverfahren Spulen auch für andere Kerne (¹²⁹Xe, ³¹P, ¹³C) entwickelt worden, die ebenfalls als Mehr-Element-Spulen konstruiert worden sind.

Abb. 1: In der AG 8.11 entwickelte MR-Spulen.

Abb. 2: Berechnete B1+-Verteilung (in µT bei 1 kW Sendeleistung) für verschiedene Ansteuerbedingungen eines 4-Kanal-CSA-Arrays (oben), zugehörige MR-Bilder (unten).

Abb. 3: Vergleich von Simulationsrechnungen der Spezifischen Absorptionsrate (SAR, gerechnet für 1 kW Sendeleistung) mit der experimentell bestimmten Temperaturverteilung (MR-Thermometrie) eines Spulenelementes für einen 7-Tesla-MRT. Wärmeleitung und -verluste an die Umgebung waren in den Simulationen nicht berücksichtigt, sind aber im Experiment nicht vernachlässigbar.

Abb. 4: Vergleich von gemessener (a) und berechneter (b) B1+-Verteilung für ein 4-Kanal-CSA-Array, bei dem nur das obenliegende Element mit 1 kW Sendeleistung getrieben wurde. Daneben (c) zum Vergleich die gegenläufig rotierende Komponente B1-. Nach einer globalen Skalierung der Simulationsdaten mit eine Faktor 1.08 stimmen diese quantitativ mit dem Experiment überein. Unten: horizontaler (d) und vertikaler (e) Schnitt durch die B1+-Verteilungen.

• BMWi-Vorhaben (1.7.2001-30.6.2004): "Entwicklung adaptiver Mehrelement-Sende/Empfangs-Spulen für die Hochfeld (3Tesla)-Kernspintomographie/-Spektroskopie ausgewählter Körperregionen" , Kooperation mit der Bruker Biospin MRI GmbH
  
  
• BMBF-Verbundprojekt (1.4.2005-31.3.2007): "12-fach segmentierte HF-Volumenspule oktaedrischer Symmetrie für die MR-Bildgebung am menschlichen Kopf", FKZ 01EZ0501, Kooperation mit dem IZKF der Universität Leipzig, Preisträgerprojekt des "Innovationswettbewerb Medizintechnik" 2004