Neue pTx HF-Antennen für die Kopf/Hals-Ultrahochfeld-MRT bei 7T, 9,4T und 11,7T

In der UHF MRT gibt es steigendes Interesse, feinste Strukturen und funktionelle Prozesse jenseits des Gehirns zu untersuchen. Die detaillierte Untersuchung der Verbindungen zwischen Gehirn und Halswirbelsäule gilt als wichtiger nächster Schritt in der UHF Neuro-MRT. Während die UHF MRT ein inhärent hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) für die strukturelle und funktionelle MRT mit hoher Auflösung liefert, ist heute keine Hochfrequenz (HF-)Spule verfügbar, welche die HF-Signalabdeckung der Kopf/Hals-Region ermöglicht. Die meistverwendete kommerzielle 7-Tesla (7T) HF-Kopfspule deckt zwar das Cerebrum ab, zeigt jedoch nur eine limitierte Abdeckung unterhalb des Cerebellums. Gleiche Limitationen gelten für die UHF Neuro-MRT bei 9,4T und 11,7T Magnetfeldstärke, den bisher stärksten verfügbaren MRT-Systemen.

In diesem von der DFG und französischen ANR geförderten Kooperationsprojekt (DFG-Projektnummer 530130666) schließen sich zwei deutsche (Erwin L. Hahn Institut für MRT, Essen (ELH) und Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik, Tübingen (MPI)) und eine französische UHF-MRT Forschungsgruppe (CEA, Paris-Saclay) zusammen, um diese Limitation zu überwinden und drei 16-Kanal Sende- (Tx)/64-Kanal Empfangs- (Rx) HF-Arrayspulen für die Kopf/Hals UHF Neuro-MRT bei 7T, 9,4T und 11,7T zu entwickeln. Hierbei sollen die Signalabdeckung, die parallele Transmission (pTx) und das SNR optimiert werden. Zudem werden Varianten von 16 Tx-Elementen mit Loops und Dipolen untersucht, die die Kopf/Nacken-Region umschließen. Die Entwicklung der Tx-Arrays beinhaltet einen Vergleich herkömmlicher zweilagiger Tx-only/Rx-only (ToRo) Anordnungen mit einem neuen Hybrid-Array bestehend aus Transceiver (TxRx) und Rx-only Elementen. Das Hybrid-Design kann die Struktur des HF-Arrays vereinfachen und die Zuverlässigkeit und Sicherheit verbessern. Zur Erhöhung des SNRs im Zentrum werden Kombinationen aus Loops und Dipolen als Rx-Elemente berücksichtigt. Um zusätzliches B0-shimming zu ermöglichen, werden lokale B0-Shimspulen in das Spulendesign integriert.

Obwohl die HF-Spulen bei drei verschiedenen Feldstärken und Resonanzfrequenzen eingesetzt werden sollen, wird das mechanische und elektrische Design der HF-Arrays weitestgehend vereinheitlicht, um maximale Synergien in diesem Deutsch-Französischem Konsortium auszuschöpfen. Wichtige Grundvoraussetzungen sind, dass alle drei UHF MRT-Systeme vom gleichen Hersteller (Siemens) sind, die neueste Version des pTx-HF-Systems nutzen und über die gleiche Software und Sequenzen verfügen. Die HF-Simulationen, die pTx-Optimierung, das computergestützte Designen der Spulengehäuse, die Sicherheitsprüfungen und die Applikation von pTx-Pulsen werden in interaktiver Kooperation durchgeführt.

Abschließend sollen Probanden auf allen drei MRT-Systemen untersucht werden, um die UHF Neuro-MRT Leistungsfähigkeit der neuen HF-Kopf/Halsspulen bei 7T, 9,4T und 11,7T zu untersuchen und einen intraindividuellen Feldstärkenvergleich zu ermöglichen.