Jens Hoffmann

Radiofrequenz-Sendetechniken für die Magnetresonanztomographie des menschlichen Gehirns bei 9.4 Tesla

Das Max Planck Institut für biologische Kybernetik besitzt einen der weltweit stärksten Magnetresonanztomographen (9.4 Tesla) für die Untersuchung des menschlichen Gehirns. Die hohe Feldstärke ermöglicht anatomische sowie funktionelle Untersuchungen mit stark verbesserter räumlicher und zeitlicher Auflösung im Vergleich zu klinischen Tomographen.

Für die Anregung von Transversalmagnetisierung und somit für die Bildgebung muss ein schwaches Radiofrequenz (RF) Feld im menschlichen Gehirn erzeugt werden. Bei hohen Magnetfeldstärken ist die Wellenlänge dieses RF Feldes jedoch verhältnismäßig klein, daher kommt es zu Interferenzeffekten und zu Inhomogenitäten in der Feldverteilung.

Dies hat im Wesentlichen zwei Auswirkungen: 1. Inhomogenitäten in der magnetischen Komponente (B₁⁺) des RF Feldes beeinflussen den Kontrast und die Bildqualität für den Fall dass konventionelle RF Spulen und Pulse genutzt werden. 2. Eine inhomogene elektrische Feldkomponente im menschlichen Gewebe bewirkt eine räumlich ungleichmäßig verteilte Energieabsorption und erhöht damit die Gefahr einer lokalen Gewebeerwärmung.

In diesem Projekt werden RF Sendetechniken und Hardware entwickelt um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Im Speziellen arbeite ich an:

• Entwicklung von „Traveling-wave“ Antennen mit mehreren Sendekanälen. Diese Antennen können in komfortabler Entfernung zum Probanden platziert werden und dienen als einfache Volumenspulen für die Bildgebung des gesamten Kopfes bei einer Feldstärke von 9.4 Tesla.

• RF Shimming: Bei dieser Methode werden RF Sendefelder welche von mehreren unabhängigen Spulen ausgesandt werden in einer optimierten Weise statisch überlagert. Damit wird ein homogeneres B₁⁺ Feld in der gewünschten Region des Gehirnes erreicht.

• Dynamisches paralleles Senden (pTx): Hierbei werden die RF Sendefelder der einzelnen Spulen gemeinsam mit den Gradientenfeldern dynamisch geändert um damit aktiv den Aufbau von Magnetisierung im Gewebe zu kontrollieren und um eine homogene Anregung zu erreichen.

• Bewertung der Sicherheit von selbstgebauten RF Spulen, insbesondere im Bezug auf Gewebeerwärmung durch das RF Feld bei konventionellen Sendetechniken, RF Shimming und pTx.

Alle genannten Projekte beinhalten präzise numerische Simulationen der RF Spulen und der erzeugten elektromagentischen Feldverteilung. Diese Simulationen sind wichtig für die Entwicklung, Optimierung und Sicherheitsabschätzung selbstgebauter RF Spulen.