Erwin L. Hahn Institut für Magnetresonanz

Mit der zunehmenden Anzahl von klinisch orientierten Studien bei 7 Tesla stehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor der Herausforderung, neue Spulenkonzepte für die Hochfeld-MRT im Körper außerhalb des Kopfes zur Verfügung zu stellen. Die Darstellung größerer Bereiche im Körper ist beispielsweise wichtig bei der Untersuchung von Patientinnen und Patienten mit Metastasen oder Multiple-Sklerose-Läsionen im Rückenmark. Eine Multikanal-Radiofrequenzspule für 7 Tesla-MRT des Rückenmarks mit einem ausgedehnten Bildgebungsbereich von 40 Zentimetern wurde entwickelt und an gesunden Probandinnen und Probanden erfolgreich getestet. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Erwin L. Hahn Institutes konnten zeigen, dass Bildgebung über eine solch große Region auch bei 7 Tesla erfolgreich sein kann. Derzeit wird daran gearbeitet, verschiedene Pathologien in Patientinnen und Patienten zu untersuchen, um die klinische Bedeutung dieser Technologie zu ermitteln.
Eine wichtige Randbedingung zur Erzielung einer hohen Bildqualität bei 7 Tesla ist wie bereits betont die möglichst gleichförmige Ausleuchtung des Körpergewebes mit dem für die Anregung der Kernspins benötigten hochfrequenten (300 MHz) Magnetfeld. Es hat sich gezeigt, dass die im Fachgebiet Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE) entwickelten metamaterialbasierten Antennenstrukturen diesbezüglich ein enormes Potenzial aufweisen, zumal solche Antennen im Resonanzfall eine ortskonstante Stromverteilung zur Verfügung stellen und sich daher besonders gut für die gleichförmige Befeldung von großen oder langen Körperteilen eignen. Die Kombination aus Metamaterialien und Hochfrequenzspulen für die Hochfeld-MRT stellt derzeit im internationalen Forschungskontext ein absolutes Alleinstellungsmerkmal dar. Das Foto auf der Titelseite dieses Beitrags zeigt unter anderem den Prototyp einer Rückenspule, bestehend aus drei metamaterialbasierten Antennenstrukturen (vordere Spule).
Im Hinblick auf spektroskopische Anwendungen, sind die Vorzüge von Ultrahochmagnetfeldsystemen, wie dem des Erwin L. Hahn Institutes, zweifach: Nicht nur die Sensitivität für die detektierbaren Stoffwechselprodukte steigt an, sondern auch die Auflösung der Spektren an sich wird erhöht. Die resultierenden Spektren beinhalten Fingerabdrücke des Stoffwechsels im vorliegenden Gewebe. In der Prostata kann dieser Fingerabdruck verwendet werden, um zwischen Tumorgewebe und gesundem Gewebe zu unterscheiden. Mit Hilfe einer kleinen Schleifensende- und -empfangsspule innerhalb eines Endorektalballons konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Institutes eine bisher unerreichbare räumliche Auflösung (3,5 mm)3 der MR-Spektroskopie-Matrix bei 7 Tesla zeigen. Diese Arbeit weist darauf hin, dass mit dieser Technologie möglicherweise auch kleinere Tumorherde charakterisiert werden können. In zukünftigen Arbeiten sollen leichter anwendbare, außen aufliegende Sendespulen entwickelt und eingesetzt werden, um neben der spektroskopischen MR-Bildgebung auch strukturelle MRT durchführen zu können, und somit eine bessere anatomische Zuordnung der Stoffwechselsignale zu erreichen.
Ultrahohe Feldstärken wie 7 Tesla bieten hervorragende Möglichkeiten für die funktionelle MRT. Das liegt an dem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis bei höheren Feldstärken, sowie dem supra-linearen Signalanstieg durch Sauerstoffanreicherung im Blut (so genanntes BOLD-Signal), der verwendet werden kann, um die Gehirnaktivierungen während einer experimentell kontrollierten Aufgabe zu messen. Mit der herkömmlichen Methode, dem Echo-Planar-Imaging (EPI), können starke Bildartefakte bei 7 Tesla auftreten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Erwin L. Hahn Institutes konnten eine Multiecho-EPI-Technik anwenden, um besagte Artefakte zu reduzieren und gleichzeitig die Sensitivität der Methode zur Darstellung der aktivierungsabhängigen Signaländerungen zu erhöhen. Weitere Verbesserungen werden erwartet, wenn 2010 eine neue 32-Kanal-Kopfspule verfügbar wird.