Die Arbeitsgruppe Magnetresonanztomographie unter der Leitung von Prof. Dr. Boris Keil beschäftigt sich mit neuartiger MRT Hardware-Entwicklung im Bereich Anregung und Signaldetektion.
Um MRT-Bilder zu erhalten, muss das zu untersuchende Gewebe mittels Hochfrequenzpulsen angeregt und das dadurch entstehende Signal detektiert werden. Sowohl die Anregung als auch die Detektion von Signalen sind maßgebend für die Qualität und somit die diagnostische Aussagekraft von MRT-Aufnahmen.
Diese komplexen Themengebiete bieten viel Forschungspotential, um die Möglichkeiten in der diagnostischen Medizin bedeutend voranzutreiben.
Folglich beforscht die AG MRT von Prof. Dr. Keil neue Detektionsstrategien und Sendetechniken, um neue Möglichkeiten in medizinischer Forschung und klinischer Diagnostik zu schaffen.
Anregungsspulen
Patientenfreundliche Anregungs- und Empfangsspule für Ultrahohe Feldstärken Bevor das MR Signal detektiert werden kann, muss das Gewebe zuerst angeregt werden. Hierfür werden hochfrequente elektromagnetische Wechselfelder in das Gewebe eingestrahlt. Abhängig von der zu untersuchenden Fragestellung und den MRT-Scannereigenschaften müssen spezifische Sendestrukturen mit speziellen Feldcharakteristiken entwickelt werden. Diese Erforschung bedarf detailgenaue und sorgfältige Ingenieursarbeit, da die Qualität der Sendespulen einen entscheidenden Einfluss auf die Bildqualität hat. Die Entwicklung der Sendespulenerfolgt dabei simulationsgestützt. Nachfolgend sind einige anregungstechnische Fragestellungen, die aktuell innerhalb der AG beforscht werden, aufgelistet:
- Wirbelstromarme Anregungsstrukturen
- Anregungsspulen für Patienten mit elektrischen Hirnelektroden
- Anregungselemente für parallele Sendetechniken in der Ultrahochfeld-MRT (≥7 Tesla)
Detektoren/Empfangsspulen
Diffusionsgewichtete MRT-Aufnahme mit hochqualitativem Detektor für ex vivo Gehirne Neben den Anregungsspulen haben die Signaldetektoren ebenfalls einen entscheidenden Einfluss auf die Bildqualität einer Aufnahme. Die sorgfältige Entwicklung von MRT-Multikanal-Detektoren spielt somit sowohl in der klinischen Diagnostik als auch in der Forschung eine entscheidende Rolle. Oft werden in Kliniken und Forschungsinstituten aufgrund von mangelnden passenden Detektorspulen einfache Standardspulen mit nur mittelmäßiger bis schlechter Signalqualität verwenden und die diagnostische Aussagekraft bzw. der Forschungserfolg sind limitiert. Die Arbeitsgruppe Magnetresonanztomographie entwickelt für spezielle Anwendungszwecke maßgeschneiderte Detektorspulen, welche neue Möglichkeiten in der Forschung und klinischen Diagnostik eröffnen.
Dabei umfasst die Arbeit der AG MRT den kompletten Entwicklungsprozess, angefangen mit der theoretischen Planung, über die simulationsgestützte Entwicklung aller mechanischen und elektrischen Komponente, die Konstruktion im Labor und die Validierung und Charakterisierung am MRT-Scanner.
Beispiele für speziell entwickelte Detektoren aus der AG MRT sind:
- Detektoren mit Magnetfeldüberwachungssystem
- Detektoren für spezielle Anatomien (z.B. Säuglinge und Kleinkinder, ex vivo Gehirne)
- Detektoren mit hohen Signalstärken in bestimmten Interessenbereichen (z.B. Herz-Thorax-Bereich)
- Flexible, bewegliche Detektoren
Simulationsmethoden
Simulationsgeometrie zur HitzesimulationMRT-Hardware erzeugt komplexe magnetische und elektrische Felder, die sehr stark von den Geometrien und Schaltungen der entsprechenden Komponenten abhängig sind. Die AG MRT entwickelt MRT-Spulen simulationsgestützt um (1) Größen wie Feldverteilungen, Wirbelströme, Hitzeentwicklung bewerten und optimieren zu können und (2) die bestmögliche Sende- bzw. Empfangsqualität zu erreichen. Hierfür werden folgende Simulationstechniken/-programme verwendet:
- MATLAB
- Quasistatische Feldberechnung
- Berechnung von Sensitivitätsprofilen
- Bestimmung von Qualitätsfaktoren wie Signal-zu-Rausch-Verhältnis
- MARIE - Magnetic Resonance Integral Equation suite
- Full-Wave-Solver
- Berechnung von Sensitivitätsprofilen
- Bestimmung von Qualitätsfaktoren wie Signal-zu-Rausch-Verhältnis
- Ansys Electromagnetic Desktop
- elektrische Bauteiloptimierung
- Simulation elektrischer und magnetischer Felder
- Berechnung Hitzeentwicklung und spezifischer Absorptionsrate
- Altair Feko
- Berechnung elektrischer und magnetischer Felder
- Berechnung Wirbelströme
Rapid Prototyping und 3D-Modellierung/-Druck
3D-gedruckes Detektorgehäuse Anregungs- und Detektoranordnungen für die Magnetresonanztomographie benötigen eine Vielzahl an elektrischen und mechanischen Bauelementen. Oft sind diese nicht kommerziell erhältlich, sondern müssen individuell angefertigt werden. Hierfür hat die AG MRT diverse Geräte, um selbst Platinen zu fertigen und Rapid Prototyping zu betreiben:
- Schaltungsfräse LPFK ProtoMat S63 zur Konstruktion von individuellen Platinen
- Reflow Oven LPFK Proto Flow S zur akkuraten Bauteilplatzierung
- 3D-Drucker Stratasys Fortus 450mc zur Konstruktion von detaillierten Spulengehäusen, Phantomen, Anbauteilen, Messgeräten etc.
- 3D-Drucker Stratasys Objet30 Pro zur Konstruktion kleiner Spulengehäuse und hochaufgelösten Anbauteilen, Messgeräten etc.
- Vacuum Former Formtech 686 zur Konstruktion von Phantomen
