Phantome

Das dynamische Torso-Phantom bildet Atem- und Herzbewegungen des menschlichen Oberkörpers realitätsnah und reproduzierbar nach. Dank seiner modularen Bauweise können unterschiedliche Bewegungsmuster und Organmodelle integriert werden. Das Phantom dient als präzises Referenzsystem für die Entwicklung, Validierung und den Vergleich neuer Methoden zur Bewegungserfassung und Bewegungskorrektur in der MRT. Die Konstruktion kombiniert hohe Flexibilität mit kosteneffizienter Fertigung und ist für den Einsatz sowohl in klinischen MRT-Systemen bis zu 7 T geeignet.

Dieses multifunktionale Phantom wurde speziell entwickelt, um verschiedene Aspekte der MR Bildgebung und Spektroskopie im Thorax-und Abdomenbereich zu evaluieren.

• Das Phantom hat vergleichbare Dimensionen wie der menschliche Rumpf.
• Zylindrische Löcher erlauben den Einsatz modularer Einschübe mit unterschiedlichen Eigenschaften, die z.B. Herz, Leber, etc. repräsentieren.
• Ein pneumatischer Schrittmotor erlaubt Simulation der Atembewegung ohne störende elektrische Komponenten.
• Ein mehrschichtiges Ventrikelphantom erlaubt Flussmessungen.
• Speziell geeignet für den Einsatz mit Obeflächenspulen, da das Phantom keine überstehenden Ränder für Verschraubungen hat.

Ein Phantom für den Bauchraum, welches kostengünstig reproduziert werden kann, wurde am Zentrum entworfen, hergestellt und eingehend getestet. Es entspricht in Größe und Form dem menschlichen Abodmen und enthält sieben unterschliedliche Flüssigkeiten, welche den verschiedenen Geweben bei 3 Tesla nachempfunden wurden. Die elektrische und dieelektrische wurde an die durschnittlichen Bedingungen im Bauchraum und den Nieren angepasst und die T₁ und T₂ Relaxationszeiten decken den gleichen Bereich des gesunden Gewebes ab und waren über mindestens 73 Wochen stabil. Das Phantom eignet sich deshalb für mono- und multizentrische Qualitätssicherungsstudien, welche sich verschiedenstens Herausforderungen in der Bildgebung des Bauchraumes und der Nieren widmen.

Eine Formel für die Herstellung von Phantomen mit beliebigen Relaxationszeiten bei zwei unterschiedlichen Feldstärken (3 & 7 Tesla) wurde entwickelt. Ausgehend von klinisch verfügbaren Materialien können so die wichtigsten Eigenschaften in der Megnetresonanz Bildgebung der meisten im Körper vorhandenen Gewebe reproduziert werden.

Die wichtigsten Kriterien zur Qualitätskontrolle (QC) bei der Verbesserung der hochauflösenden Bildgebung sind das Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR) und die räumliche Auflösung. Ultra-Hochfeld-MRT-Scanner (≥ 7 T) für die medizinische Forschung haben in jüngster Zeit Verbesserungen der räumlichen Auflösung bis in den Bereich der Mikro-Bildgebung und der mikroskopischen Skala (Pixelgröße < (100 μm)²) ermöglicht – selbst *in vivo* am Menschen. Präklinische MRT- und spezielle MR-Mikroskopie-Scanner (MRM) bieten zwar noch kleinere Voxel im Mikroskopiebereich (1–100 μm), es mangelt ihnen jedoch an einem geeigneten Phantom zur räumlichen Auflösungsmessung für die Qualitätskontrolle sowie für Leistungsverbesserungen bei Hardware, Pulssequenzen und MR-Protokollen.

Wir haben ein Phantom entwickelt, das aus mehreren Sätzen feiner Gitterstrukturen besteht; diese zeichnen sich durch eine hohe strukturelle Anisotropie für ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und CNR aus und weisen räumliche Perioden von 256 μm bis hinunter zu 2 μm auf. Die hohen Anforderungen an die Fertigungstechnologie – insbesondere hinsichtlich des Aspektverhältnisses – werden durch den Einsatz der Tiefen-Röntgenlithografie erfüllt, die sich die hohe Brillanz der Synchrotronstrahlung zunutze macht. Es konnten kleinste Gitterstrukturen mit einer Breite von 4 μm (entsprechend 125 Linienpaaren/mm) bei einer Strukturtiefe von 100 μm realisiert werden. Hochauflösende MR-Aufnahmen in der Bildebene (In-Plane-Bildgebung) ermöglichen die qualitative und quantitative Bestimmung der räumlichen Auflösung sowie der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) sowohl in Frequenz- als auch in Phasenkodierrichtung.

Prinzipiell lässt sich das Phantom auch für andere mikroskopische Bildgebungsverfahren verwenden, wie etwa die Mikro-Computertomografie (μCT) und die Optische Kohärenztomografie (OCT). Prototypen können beim Zentrum ausgeliehen werden.

Mittels der Magnetresonanz-Tomographie kann auch die Diffusion von Wasser und deren Orientierung im Gewebe bestimmt werden. Dies ist vor allem im Muskel und insbesondere im Gehirn von Interesse, wodurch strukturelle Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Gehirnregionen bestimmt werden können. Nachdem die Größe der relevanten Zellen unter der Auflösung der Bildgebung ist können nicht alle Konfigurationen, wie sich kreuzende Verbindungen klar unterschieden werden. Um die Entwicklung neuer Methoden auf diesem Gebiet zu ermöglichen haben wir in Zusammenarbeit mit der TU Wien neueste, hochauflösende 3D Druck Methoden eingesetzt um eine Technik zur Herstellung neuer Phantome für die Diffusionsbildgebung entwickelt.