Starker Sender für hohes Feld

Mithilfe der Magnetresonanzspektroskopie (MRS) lassen sich biochemische Substanzen, etwa Neurotransmitter und Aminosäuren, im lebenden Organismus aufgrund der in ihnen gebundenen Protonen unterscheiden und nichtinvasiv quantifizieren. Diese Messtechnik profitiert von den zunehmend höheren Magnetfeldern moderner MR-Tomografen. Denn deren Empfindlichkeit und ihr spektrales Auflösungsvermögen, also die Fähigkeit, immer mehr Metaboliten zu identifizieren, steigen annähernd proportional zur Feldstärke. Deshalb wird gegenwärtig versucht, die MRS an „Ultrahochfeld“-tomografen bei 7 Tesla nutzbar zu machen. Für die Bildgebung recht gut geeignet, erzeugen die gegenwärtig für derartige Feldstärken vorhandenen Hochfrequenz-Sendespulen jedoch für die MRS zu schwache Sendefelder. Um die für die MRS erforderliche Anregung des zu messenden Spinsystems zu erreichen, müssen die Hochfrequenzpulse deshalb recht lange eingestrahlt werden. Die daraus resultierende geringe spektrale Bandbreite bewirkt einen starken sogenannten Chemical-Shift- Artefakt, bei dem die Messvolumina für die unterschiedlichen Metaboliten eines MR-Spek trums deutlich räumlich gegeneinander verschoben sind.

Am 7-Tesla-MRTomografen, den die PTB mit Partnern an der Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.) in Berlin-Buch betreibt, wurde für die MRS im Okzipitallappen des menschlichen Gehirns eine Zweikanal-Sendespule entwickelt, mit der es gelingt, diesen unerwünschten Effekt mithilfe stärkerer Sendefelder zu minimieren. Um das Sendefeld der Spule im Zielvolumen zu maximieren, wurden Simulationen der Feldverteilung durchgeführt und durch Feldmessungen im Tomografen validiert. Mittels eines Mehrkanal-Sendearrays, mit dem sich Pulsamplituden und -phasen unabhängig voneinander einstellen lassen, wurde die optimale Spulengeometrie ermittelt. Im Zielvolumen, dem visuellen Kortex, kann damit ein zirkularpolarisiertes magnetisches Hochfrequenzfeld von 45 μT erzeugt werden. Die Ergebnisse der Simulationen und Feldmessungen erlaubten es darüber hinaus, die spezifische Absorptionsrate so zu begrenzen, dass Gefährdungen von Versuchspersonen durch Erwärmung ausgeschlossen sind. Mit der Spule können MRS-Pulssequenzen angewendet werden, die den Chemical-Shift- Artefakt auf wenige Prozent verringern, sodass die Messvolumina für alle Metaboliten annähernd deckungsgleich sind.

Die geringen Pulsdauern erlauben auch die Anwendung von Pulssequenzen mit sehr kurzen Echozeiten, sodass das resultierende MR-Spektrum die Resonanzsignale einer großen Anzahl von Metaboliten enthält. Bei Tests an Probanden konnten die Konzentrationen von 18 Metaboliten mit akzeptabler Messunsicherheit bestimmt werden. Eine Benannte Stelle hat die sicherheitstechnische Unbedenklichkeit der neuen Spule festgestellt, sodass sie nun bei Messungen an externen Probanden eingesetzt werden kann. Erste Anwendungsstudien mit neurologischen Fragestellungen wurden begonnen.