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HR-MR (A. Liffers)
HR-MR (A. Liffers) (english)

Hochauflösende Magnetresonanztomographie

Magnetresonanztomographie (MRT), auch Kernspintomographie genannt, nutzt den physikalischen Effekt der kernmagnetischen Resonanz der im menschlichen Körper vorhandenen Wasserstoffprotonen. Nach entsprechender Anregung der Protonen mit einem elektromagnetischen Feld gehen von den Protonen MR-Signale aus, die mit speziellen HF-Spulen (HF: Hochfrequenz) detektiert werden können.

Im klinischen Alltag kommen meist sogenannte Ganzkörpertomographen mit einer magnetischen Grundfeldstärke von 1,5 Tesla zum Einsatz. Mit diesen Tomographen werden diagnostische Schichtaufnahmen des menschlichen Körpers akquiriert. Der Kontrast in diesen Abbildungen entsteht durch unterschiedliche Protonendichte und unterschiedliche sog. Relaxationszeiten der verschiedenen Gewebe.
Typischerweise werden mit der MRT z.B. das Gehirn oder der Abdomenbereich mit einer räumlichen Auflösung oder Pixelgröße von etwa 1 mm bis 3 mm bei Schichtdicken von etwa 5 mm bis 10 mm dargestellt.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Darstellung feinerer Strukturen, wie z.B. der Haut, kleiner Gelenke oder Blutgefäße mit entsprechend besserer räumlicher Auflösung von bis zu 40 Mikrometern bei Schichtdicken von weniger als 1 mm zu ermöglichen.
Solch kleine Auflösungseinheiten erzeugen aber nur ein schwaches Signal. Bei der Erfassung der Signale muss ein ausreichendes Signal-Rauschverhältnis (SNR) gegeben sein.
Am Institut für Hochfrequenztechnik werden in Zusammenarbeit mit der Firma Siemens für 1,5 Tesla-Magnetresonanztomographie-Systeme spezielle rauscharme HF-Oberflächenspulen entwickelt.
Dazu wird der Einfluss von Spulenparametern wie u.a. Spulenradius, Windungszahl, Spulenmaterial, Kombination der Signale Phased-Array) mehrerer Spulen auf das SNR untersucht.
Die Wirksamkeit dieser Ansätze wird anhand von Simulationen quantifiziert. Um zugleich das bei einer Messung zu erwartende SNR abschätzen zu können, werden die Parameter des Messobjektes und der Pulssequenz einbezogen.
Die realisierten HF-Spulen bestehen neben den Leiterschleifen der entsprechenden Geometrien aus Frequenzabstimmungs-, Anpassungs- und Steuerkomponenten.
Die qualitativen und quantitativen Betrachtungen wurden anhand von Messungen des SNR an einem homogenen Messobjekt im MR-Tomographen verifiziert.

Die so entwickelten HF-Spulen können an Ganzkörper-Tomographen betrieben werden. Sie ermöglichen die Abbildung kleiner Strukturen wie Haut zur Diagnose von Hautkrebs oder entzündlichen Erkrankungen, die Untersuchung kleiner Gelenke oder Knochen zur Diagnose von Osteoporose oder die Darstellung von Blutgefäßen wie z.B. Karotiden zur Erkennung und Differenzierung von Plaques bei Arteriosklerose in hoher Qualität.

High-Resolution Magnetic Resonance Tomography

Magnetic resonance imaging (MRI) is based on the principles of nuclear magnetic resonance of the hydrogen protons the human body consist of. After absorbing energy from an electromagnetic field the protons send MR-signals which can be detected by special rf-coils (rf: radio frequency).
Commonly, whole body tomographs with a static magnetic field of 1.5 Tesla are used in clinical routine. With those canners images of slices through the human body are acquired. Different proton density and so called relaxation times of the tissue are responsible for the contrast of the images.

Typically, regions like brain or abdomen are imaged by MRI with a resolution or pixel size of approximately 1 mm to 3 mm with a slice thickness of 5 mm to 10 mm.
This project is to allow images of smaller structures like skin, small bones and joints or bloodvessels with a high image quality. Therefore, a better resolution of down to 40 micrometer with a slice thickness of less than 1 mm is necessary.

But such tiny resolution units only give a low signal, while for high quality imaging a sufficient signal-noise-ratio(SNR) is necessary.
In cooperation with the Siemens company, we develop special low-noise rf surface coils.
The dependence of the SNR on coil parameters like coil radius, number of turns, material and the combination of signals of two or more coil elements (phased-array) is examined. Simulations show the efficiency of these approaches.

Some of the most promising coils have been constructed for a whole body scanner. They allow high quality high-resolution MRI of small structures like skin for the diagnosis of skin cancer or inflammatory diseases, the diagnosis of small joints and bones for osteoporosis diagnostics, or the imaging of blood vessels like the carotid arteries for the diagnosis of arteriosclerosis.

Kooperationspartner:
Institut für Diagnostik und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinik Essen
Institut für Röntgendiagnostik und Nuklearmedizin, Universitätsklinik Bochum-Langendreer
Dermatologische Klinik St. Josef-Hospital, Universitätsklinik Bochum
Siemens Medizintechnik, Erlangen
Cooperation:
Radiologic University Hospital, Essen
Radiologic University Hospital, Bochum-Langendreer
Dermatologic University Hospital, Bochum
Siemens Corporate Research, Erlangen/Germany
Picture of a finger joint

Bild 1: Hochauflösende MRI an einem 1,5 Tesa Ganzkörpertomographen: Fingergelenk, Auflösung 100 Mikrometer in plane, 800 Mirkometer Schichtdicke, sagittale Schicht

Fig. 1: High-Resolution MRI with a 1.5 Tesla wholebody tomograph: finger joint,
resolution 100 micrometer in plane, 800 micrometer slice thickness,
sagittal slice

Picture of healthy skin

Bild 2: Gesunde Haut: Auflösung 40 Mikrometer in plane, 800 Mikrometer Schichtdicke
(1 Haarfollikel, 2 Grenze Dermis/subkutanes Fettgewebe, 3 Blutgefäße, 4 Epidermis)

Fig. 2: Healthy skin: resolution 100 micrometer in plane, 800 micrometer slice
thickness (1 hair folliclel, 2 border dermis/subcutaneous fat, 3 blood vessel, 4 epidermis)

Picture of a skin tumor

Bild 3: Haut mit Melanom: Auflösung 40 Mikrometer in plane, 800 Mikrometer Schichtdicke
(1 Malignes Melanom, 2 Blutgefäß)

Fig. 3: Skin tumor: resolution 40 micrometer in plane, 800 micrometer slice
thickness
(1 maligne melanoma, 2 blood vessel)

Picture of the left carotid artery

Bild 4: Linke Karotide inkl. Bifurkation (Gabelung) eiens Patentien mit Stenose
Auflösung 150 Mikrometer in plane, 2 mm Schichtdicke, sagittale Schicht

Fig. 4: Left carotid artery including bifurcation of a patienten with stenosis;
resolution 150 micrometer in plane, 2 mm slice thickness, sagittal slice

Picture of the left carotid artery

Bild 5: Linke Karotide inkl. Bifurkation (Gabelung) eines Patienten mit Stenose
Auflösung 150 Mikrometer in plane, 2 mm Schichtdicke, transversale Schicht

Fig. 5: Left carotid artery including bifurcation of a patienten with stenosis;
resolution 150 micrometer in plane, 2 mm slice thickness, transversal slice

 
 
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Letzte Änderung: 16.02.2005 | Ansprechpartner: Webmaster