Zurück in die Zukunft

Von paralleler Empfangs- zu paralleler Sendetechnik

Während die parallele Empfangstechnik seit vielen Jahren zum Standard bei der MRT-Bildgebung gehört, setzt sich dieses Konzept seit einiger Zeit zunehmend auch bei der Sendetechnik durch – getrieben vor allem durch den Trend zu immer höheren Feldstärken.

Bilder einer Schicht aus einer Mehrschichtaufnahme (32 Schichten) der Niere zu...
Bilder einer Schicht aus einer Mehrschichtaufnahme (32 Schichten) der Niere zu verschiedenen Echozeiten; TE und daraus berechnetes T2*-Parameterbild (rechts). Die Region der Niere wurde mit einem 2-D-selektiven Puls mit paralleler Anregung (8 Kanäle) vorselektiert, dadurch konnte das gesamte Schichtpaket in einem Atemanhaltezyklus (18 Sekunden) aufgenommen werden (M. Haas, M. Zaitsev, Freiburg).
Bilder einer Schicht aus einer Mehrschichtaufnahme (32 Schichten) der Niere zu...
Bilder einer Schicht aus einer Mehrschichtaufnahme (32 Schichten) der Niere zu verschiedenen Echozeiten; TE und daraus berechnetes T2*-Parameterbild (rechts). Die Region der Niere wurde mit einem 2-D-selektiven Puls mit paralleler Anregung (8 Kanäle) vorselektiert, dadurch konnte das gesamte Schichtpaket in einem Atemanhaltezyklus (18 Sekunden) aufgenommen werden (M. Haas, M. Zaitsev, Freiburg).

„Insbesondere bei der Ganzkörper-MRT mit 3 Tesla Feldstärke kann die Wellenlänge gegenüber der Körpergröße nicht länger vernachlässigt werden, weil es sonst zu Löchern in den Aufnahmen kommt“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Hennig, Abteilungsleiter und wissenschaftlicher Direktor der Abteilung Röntgendiagnostik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.

Homogene Bildgebung bei höheren Feldstärken
Durch den verstärkten Einsatz von Systemen mit einer Feldstärke von 3T in der breiten klinischen Anwendung wurden Investitionen in die Verbesserung der Aufnahmequalität erforderlich. Die Idee war, das Verfahren, das in der Empfangstechnik bereits Standard ist, auch in der Sendetechnik einzusetzen. Für die Anregung der Spins werden immer höhere Frequenzen erforderlich, was aber kürzere Wellenlängen zur Folge hat. In einzelnen Bereichen sind sie bei 3T nicht mehr ausreichend und es treten Farbschattierungen auf, die zu Artefakten führen. „Während bisher das Anregungsfeld mit einer möglichst großen Spule möglichst gleichmäßig über den Körper verteilt wurde, ist man bei der parallelen Sendetechnik dazu übergegangen, das Anregungsfeld mit vielen kleinen Spulen zu erzeugen. Diese können einzeln so justiert werden, dass sie genau die Signalstärke erreichen, die den lokalen Gegebenheiten im Körper entspricht. Dadurch werden die Aufnahmen wieder homogen“, erläutert Jürgen Hennig.

Technische Herausforderung: nicht nur Qualitätssicherung, sondern neue Funktionalitäten
„Die Schwierigkeit in der technischen Entwicklung bestand darin, Spulen zu bauen, die diesem Zweck entsprechen und sehr gut voneinander entkoppelt sind. Keine triviale Aufgabe, die konzeptionell zuerst von Uwe Katscher (Hamburg) entwickelt und von Peter Ullman (Freiburg) experimentell realisiert wurde. Das Team um Prof. Hennig beschäftigt sich seit 2005 mit dieser Entwicklung. In einem fünfjährigen, vom BMBF geförderten Forschungsprojekt konnten sie die Kinderkrankheiten des neuen Konzepts kurieren und dazu beitragen, die Entwicklung für die klinische Anwendung robust genug zu machen. „Bei den hohen Investitionskosten gab es natürlich auch einen großen Anreiz zu schauen, ob mit der neuen Technik mehr Funktionalitäten kreiert werden können, als nur Artefakte zu vermeiden und die Qualitätssicherung des bisherigen Status quo zu betreiben. Auch das war eine sehr anspruchsvolle Aufgabe, die Fachkenntnis und Kreativität erforderte, weil die zugrunde liegende Physik schon recht schwierig ist“, erzählt der wissenschaftliche Direktor. Der größte Fortschritt wurde darin erreicht, die Anwendungsfelder sehr lokal zu fokussieren, also eine wirklich lokal fokussierte Bildgebung zu bekommen, zum Beispiel des Herzens oder der Nieren.
Bislang war es nicht möglich, nur ein Organ zu untersuchen – stattdessen wurde alles, was innerhalb des Messfelds liegt, dargestellt. So ergab sich bei einer Nierenuntersuchung ein Bild, das eine Fläche von 40 bis 45 Zentimetern abdeckt, obwohl die Niere selbst vielleicht gerade mal 20 Zentimeter groß ist. „Mit der parallelen Anregungstechnik kann die Bildgebung nun genau auf die Niere fokussiert werden. Dadurch wird die Untersuchung sehr viel schneller und effizienter und Fehlerquellen können vermieden werden. Parametrische Bildgebung zum Beispiel lässt sich damit sehr viel besser durchführen – sie wird mit dieser Technik überhaupt erst praktikabel“, so der experimentelle Radiologe.

Parallele Empfangstechnik als Voraussetzung für noch höhere Feldstärken
So wichtig die parallele Empfangstechnik bereits für die 3-Tesla-Geräte ist, so unabdingbar ist sie für noch höhere Feldstärken. Ein 7-Tesla-MRT, von denen es derzeit in Deutschland etwa zehn Geräte gibt, produziert überhaupt nur dank des parallelen Empfangs brauchbare Bilder. Was hier Standard ist, wird in der Klinik noch relativ rudimentär eingesetzt, die parallele Empfangstechnik setzt sich erst langsam bei den 3T-Geräten der neuesten Generation durch. „Die neue Empfangstechnik stellt eine wesentliche Verbesserung dar, weil sie zusätzliche Flexibilität bei der Untersuchung bietet. Die diagnostische Bildgebung kann noch gezielter und präziser auf den Patienten abgestimmt werden und der Radiologe erhält in gleicher Zeit mehr Untersuchungsinformationen beziehungsweise die Informationen in wesentlich kürzerer Zeit“, resümiert Prof. Hennig.

Im Profil
Nach dem Chemiestudium an den Universitäten Stuttgart, München und Freiburg und am Imperial College in London promovierte Prof. Dr. Jürgen Hennig in physikalischer Chemie und wurde wissenschaftlicher Angestellter der Abteilung Röntgendiagnostik der Universität Freiburg. Die Habilitation erfolgte mit seiner Arbeit „Spezielle Aufnahmetechniken für die Kernspintomographie“. Im Jahr 1993 erhielt er die Berufung auf eine C3-Professur für experimentelle Radiologie, 2001 gründete er den Funktionsbereich MR-Entwicklung und -Anwendung. 2004 wurde er als Co-Abteilungsleiter berufen (gemeinsam mit Prof. Mathias Langer). Prof. Hennig ist Ehrenmitglied zahlreicher internationaler Fachgesellschaften (unter anderem ESR und ESMRMB), Mitglied der Akademie der Wissenschaften „Leopoldina“ und Autor zahlreicher Fachbücher.
 

18.01.2013

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