Ein neuartiges Shimsystem optimiert für die Anatomie des menschlichen Kopfes

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Scheffler, Ph.D.; Professor Dr. Maxim Zaitsev
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 340690730

Feldinhomogenitäten verursachen in der Magnetresonanz-Tomographie (MRT) verschiedene Arten von Bildartefakten wie beispielsweise geometrische Bildverzerrungen, Signalauslöschungen oder Bandartefakte. Diese Feldinhomogenitäten werden durch die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften (primär durch sog. magnetische Suszeptibilität) und Form des Gewebes erzeugt und nehmen linear mit der Stärke des äußeren Magnetfeldes zu. Die im Körper entstehenden inhomogenen Feldverteilungen können normalerweise durch zusätzliche, externe Kompensationsfelder, sog. Shimfelder, teilweise kompensiert werden. Kommerzielle Gradienten- und Shimsysteme wie sie in klinischen MR-Systemen verwendet werden sind nicht ausreichend, um die Effekte der Inhomogenitäten zufriedenstellend zu kompensieren. Da die Stärke der verfügbaren Gradienten- und Shimsysteme für 3T, 7T und 9.4T ähnlich sind, ergibt sich für 9.4T eine ungefähr 3-fache Verschlechterung der Feldhomogenität im Vergleich zu 3T.In klinischen MRT-Systemen haben die Shimfelder die Form von sphärischen Harmonischen bis zur 2. Ordnung, manchmal mit einzelnen 3. Ordnung Termen. Diese Shimspulen sind im Gradientensystem integriert und haben somit eine große Distanz zum Zielobjekt. Daher sind diese Systeme nicht optimal, um die starken Feldinhomogenitäten im Kopf ausreichend zu kompensieren. Auch hohe und schnell schaltbare Shimströme sind in klinischen Systemen nicht verfügbar. Zur Lösung dieser Probleme wurde die Verwendung von mehreren lokalen Shimspulen vorgeschlagen, die sich eng am Messobjekt befinden, oder eine Anordnung von magnetischem Material um das Messobjekt.Elektrisch-ansteuerbare lokale Shimsysteme sind durch deren Flexibilität bez. der Anwendung und Kompatibilität mit dynamischen Shimming sehr vielversprechend für die Kompensation der im humanen Körper entstehenden Feldinhomogenitäten. Diese Ansätze berücksichtigen aber nicht die charakteristische Magnetfeldverteilung im Kopf und können daher die Inhomogenitäten noch nicht optimal kompensieren.In diesem Antrag schlagen wir daher das Design und die Konstruktion lokaler Shimspulen vor, die gezielt auf die Feldverteilung im humanen Kopf abgestimmt sind. Dazu wird geplant, einen Basisdatensatz von Feldverteilungen im Kopf von unterschiedlichen Probanden in verschiedenen Positionen zu messen, um damit dann die optimale Form und Anordnung der Shimspulen zu bestimmen. Die vorläufigen Untersuchungen legen die Erwartung nah, dass durch Implementierung einer optimierten Shimspule eine entscheidende Verbesserung der Bildqualität erreicht werden kann. Des Weiteren werden schnelle Methoden entwickelt, um das lokale Feld im Kopf zu schätzen, und um dann dynamisch neue Shimströme/Feldverteilungen zu generieren. Dadurch sollen physiologische Störungen z.B. durch Atmung oder Bewegung minimiert werden, welche insbesondere bei 9.4T und innovativen Anwendungen bei 3T zu erheblichen Signalinstabilitäten führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen