B0 hardware

Basierend auf ultraflexiblen Spulenelementen haben wir ein 28-Kanal-Spulenarray entwickelt, das wie eine Weste getragen werden kann, was den Patientenkomfort bei Brustkrebsuntersuchungen erhöht und zu einer hervorragenden Bildqualität mit bis zu 3-fachem Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu typischen Brustspulen führt.

Bei Standard Brustspulen muss die Patientin mit dem Gesicht nach unten auf dem Patientenbett liegen und ihre freiliegenden Brüste in die Öffnungen der Spule hängen, die für kleine Brüste zu groß und für sehr große Brüste zu klein sind. Unsere BraCoil liegt jedoch unabhängig von der Brustgröße immer eng an der Brustoberfläche an und liefert daher immer ein hohes Signal. Die BraCoil kann in Rückenlage verwendet werden, wobei die Brustform einer Ultraschalluntersuchung oder Operation ähnelt. Dies ermöglicht eine einfachere Lokalisierung von Läsionen und erleichtert den klinischen Arbeitsablauf, wodurch Zeit, Geld und möglicherweise unnötige zusätzliche Untersuchungen gespart werden.

Wir haben ein neuartiges Spulenarraysystem namens „ModFlex“ für die Magnetresonanztomographie (MRT) unter Verwendung flexibler, leichter 4-Kanal-Koaxialspulenmodule entwickelt. Mit diesen Spulen werden hochwertige Bilder verschiedener Körperteile aufgenommen. In einer Studie haben wir ModFlex mit herkömmlichen MRT-Spulen in sechs verschiedenen anatomischen Regionen verglichen: Hals, Knöchel, Wirbelsäule und Hüfte. Die Ergebnisse zeigten, dass ModFlex herkömmliche Spulen übertraf oder eine ähnliche Leistung aufwies. Dies bedeutet, dass schnellere und höher aufgelöste MRT-Scans möglich sind, insbesondere bei der Knöchel- und Wirbelsäulenbildgebung. ModFlex ist vielseitig und für unterschiedliche Patientengrößen geeignet, wodurch der Patientenkomfort bei MRT-Untersuchungen möglicherweise erhöht wird, was es zu einem vielversprechenden Fortschritt in der medizinischen Bildgebungstechnologie macht.

Wir haben ein flexibles, anwendungsfertiges 23-Kanal-HF-Spulenarray entwickelt. Das Array besteht aus Spulen, die auf einer starr-flexiblen Leiterplatte gefertigt sind. Die für die Spulenschnittstelle benötigten Komponenten werden auf dem starren Teilen der Leiterplatte platziert, die von einem robusten Gehäuse abgedeckt werden. Flexible Leiterplattenteile dazwischen sorgen für die mechanische Flexibilität des Geräts. Diese Spule eignet sich für die hochauflösende MRT verschiedener anatomischer Ziele, z.B. Hand, Knöchel, Knie, Schulter, wobei die wichtigste Anwendung die MRT des okzipitalen Kortex ist.

Konventionelle B0-Korrekturfelder ähneln den Formen niedriggradiger sphärischer Harmonischer. Sie können großflächige und langsam variierende Feldinhomogenitäten kompensieren („shimmen“), sind jedoch nicht in der Lage, komplexere und lokal begrenzte Feldstörungen ausreichend nachzubilden und auszugleichen. Wir haben eine neuartige, generalisierte Methode zur Synthese von Magnetfeldformen entwickelt, die generische Basisfelder aus einer Matrix lokalisierter Spulen verwendet. Die Kombination einfacher, unspezifischer (d. h. nicht sphärisch-harmonisch geformter) Basisfelder ermöglicht die flexible Synthese komplexer Shim-Felder mit hoher Amplitude. Mit mehreren Techniken konnten wir auf sichere Weise eine bisher unerreichte Magnetfeldhomogenität im menschlichen Gehirn erzielen – eine wesentliche Voraussetzung für aussagekräftige MRT-, MRS- und MRSI-Untersuchungen.

Die Kohlenstoff-13-Spektroskopie kann durch die Messung von Glykogen und Glukose Einblicke in den Zuckerstoffwechsel im Körper liefern. Aufgrund der Natur des 13C-MR-Signals sind diese Signale in verschiedene Frequenzen aufgeteilt, was die Datenanalyse erschwert. Dies kann durch Senden mit der 1H-Larmorfrequenz bei gleichzeitigem Empfang des 13C-Signals unterbunden werden, eine Technik, die als „Protonenentkopplung“ bekannt ist. Für den Spulenbauer bedeutet dies, dass äußerst effiziente Filter (~100 dB) in die Spule eingebaut werden müssen, um ein Übersprechen zwischen dem starken 1H-Sendesignal und dem sehr kleinen 13C-MR-Signal zu vermeiden. Die von uns entwickelte Spule erfüllt dieses Kriterium und bietet vier Sende-/Empfangskanäle 1H kombiniert mit drei Sende-/Empfangskanälen 13C.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine Technik, die starke gepulste Magnetfelder verwendet, um eine Gehirnstimulation im Bereich unter dem Stimulatorgerät hervorzurufen. Mithilfe der funktionellen MRT (fMRT) kann diese Stimulation sichtbar gemacht werden. Traditionell musste das TMS-Gerät in einer großen “birdcage”-Kopfspule untergebracht werden, was die Nachteile einer schlechten MR-Bildqualität, einer langsamen Datenaufnahmen und sehr eingeschränkten Möglichkeiten zur Platzierung des TMS-Geräts mit sich bringt. Unser Ansatz bestand darin, ein sehr dünnes HF-Spulenarray zu entwickeln, das zwischen das TMS-Gerät und den Kopf passt. Dies ermöglicht eine drastisch verbesserte MR-Bildqualität und eine sehr flexible Positionierung des TMS-Geräts bei nur minimalem Verlust der TMS-Stimulationseffizienz aufgrund des nur leicht vergrößerten Abstands des TMS zum Kopf.

Die Positronenemissionstomographie (PET) basiert auf radioaktiven Tracern, die sich in Krebsgewebe ansammeln und beim Zerfall Photonen mit 511 keV emittieren. Auf ihrem Weg aus dem Körper werden sie durch das umliegende Gewebe abgeschwächt. Um das PET-Signal korrekt zu quantifizieren, muss die räumliche Verteilung des Abschwächungskoeffizienten berücksichtigt werden, was die Messung einer Karte des Abschwächungskoeffizienten erfordert. Unsere Spule ist von einem deuteriumgefüllten Schlauch umwickelt, durch den ein Pellet mit radioaktivem Tracer mit kontrollierter Geschwindigkeit gepumpt werden kann, was eine Transmissionsmessung der Dämpfung ermöglicht. Die HF-Spule ist so konzipiert, dass die Abschwächung im Sichtfeld des PET-Systems minimiert wird, und deckt den gesamten Kopf einschließlich des Halses ab.

Um die kleinen Strukturen des menschlichen Fingers sichtbar zu machen, haben wir eine Spule mit optimierter Wicklungssteilheit entwickelt, um die Signalhomogenität zu verbessern. Dieser Spule ermöglicht Bilder mit einer isotropen Auflösung von 100–200 µm³. anhand derer Knochen, Knorpel, Sehnen (einschließlich ihrer inneren Struktur), Riemenscheiben, Arterien und Venen, Nerven und Vater-Pacini-Körperchen sowie Fett und Haut segmentiert und visualisiert werden können.

Mit sehr kleinen Oberflächenspulen kann ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis nahe der Körperoberfläche erreicht werden, was eine hochauflösende Abbildung der menschlichen Haut ermöglicht und beispielsweise die Darstellung kleiner Gefäßstrukturen in der Dermis und Hypodermis ermöglicht. Bei einer Reduzierung der Spulengröße erzeugen normalleitende Spulen jedoch mehr Rauschen als das vom Gewebe ausgehende Rauschen, was die Bildqualität einschränkt. Mit unseren Kooperationspartnern in Paris haben wir daher mithilfe supraleitender Spulen Bilder mit einer isotropen Auflösung von bis zu 20 µm³ erhalten.