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Ausleuchtung von Kernspinaufnahmen

Mit Hilfe einer in der PTB entwickelten kohärent betriebenen 4-Kanal-Arrayspule für die 3-Tesla-Kernspintomographie kann die hochfrequente Magnetfeldverteilung im zu untersuchenden Körperareal aktiv beeinflusst und damit eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Kernspinaufnahmen von Hoch- und Höchstfeld-Tomographen erreicht werden.

3" Wafer mit ca. 400 Stromsensorchips, darin ein vergrößerter Einzelchip.

In der klinischen Kernspintomographie (auch MRT genannt) werden derzeit Magnetfelder mit einem statischen Grundfeld von bis zu 3 T eingesetzt. Der Trend geht in Richtung noch höherer Magnetfelder von 7 T und mehr, um Empfindlichkeit und Auflösung des Verfahrens weiter zu erhöhen. Zur Abbildung der Wasser-Protonen im menschlichen Körper wird mit Hilfe einer Hochfrequenzspule ein zusätzliches Magnetfeld B1 mit Frequenzen zwischen 125 MHz (3 T-MRT) und 500 MHz (11,7 T-MRT) eingestrahlt. Im Körper wird, wegen der hohen Dielektrizitätskonstanten von Wasser, die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung auf etwa 30 cm bis 8 cm verkürzt. Dadurch kommt es zu wellenartigen Ausbreitungsphänomenen, die zu stark inhomogen ausgeleuchteten Kernspinaufnahmen führen und den angestrebten Empfindlichkeitsgewinn von Höchstfeld-Tomographen zum Teil wieder zunichte machen.

Mit kohärent angesteuerten Anordnungen von mehreren Sende-Empfangsspulen (TR-Arrays) kann jedoch die Verteilung des hochfrequenten magnetischen B1-Feldes im Körper kontrolliert werden, vorausgesetzt, die einzelnen Sendespulen werden mit geeigneten HF-Amplituden und HF-Phasen angesteuert.

Die PTB hat in einem BMWA-geförderten Projekt gemeinsam mit der Bruker Biospin MRI GmbH eine auf diesem Prinzip basierende 4-kanalige Kopfspule aufgebaut und Messverfahren zur Bestimmung der B1-Verteilung entwickelt. In Modellrechnungen wurden die Verteilung des B1-Feldes und der spezifischen Absorptionsrate (SAR) im menschlichen Kopf bestimmt. Zum Schutz des Patienten vor Überwärmung darf die SAR bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Über Vergleiche mit Phantommessungen wurde das numerische Modell validiert. Mit den Simulationsrechnungen können die Ansteuerbedingungen des Arrays bestimmt werden, die eine möglichst homogene Verteilung des B1-Feldes im Körper ergeben und die Patientensicherheit gewährleisten.

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