Hochleistungsdiffusionssonde für die MR-Mammographie – Phase 2

• Antragsteller: Dr. Tristan Anselm Kuder; Dr. Sebastian Littin
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468440804

Die Früherkennung von Brustkrebs ist wegen der hohen Prävalenz dieser Erkrankung und der verbesserten Prognose in frühem Stadium von höchster Bedeutung. Röntgenmammographie-Screening führt jedoch zu einer hohen Falschpositivrate. Es wurde gezeigt, dass die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (DWI) einen Großteil der resultierenden unnötigen Biopsien vermeiden kann. Trotz der Erfolge der DWI bei der Brustbildgebung wäre eine weitere Verbesserung der Sensitivität von großem Wert. Die Leistungsfähigkeit des die Diffusionswichtung erzeugenden Gradientensystems ist für die DWI äußerst wichtig. Erstens führen höhere Gradientenamplituden zu kürzeren Echozeiten; die verbesserte Signalqualität kann in höhere Bildauflösung für genauere Untersuchung kleiner Läsionen übertragen werden. Zweitens hängen DWI-Messungen in vivo meist nur indirekt mit der Gewebestruktur zusammen, da sie lediglich sogenannte scheinbare Parameter liefern aufgrund der beträchtlichen Bewegung der Wassermoleküle während der Gradientenpulse. Ultrahohe Gradientenamplituden und entsprechend kurze Gradientenpulse könnten direkter mit der Gewebestruktur verbundene Parameter zugänglich machen und die Tumorcharakterisierung verbessern.Daher ist das Ziel dieses Projektes die Entwicklung eines neuen Gerätes, einer Hochleistungsdiffusionssonde, die lokal in der weiblichen Brust mehr als eine Größenordnung höhere Gradientenfelder liefert als aktuelle MRTs (projektierte mittlere Gradientenamplitude > 1500 mT/m). Dieser Antrag baut auf der in Phase 1 konstruierten Low-Duty-Cycle-Gradientenspule auf, mit welcher die Möglichkeit demonstriert wurde, bisher unerreichte Gradientenamplituden zu generieren. Alle sicherheitsrelevanten Aspekte für mögliche Anwendungen in vivo einschließlich möglicher Nervenstimulation, sowie elektromechanischer und thermischer Eigenschaften wurden untersucht. In Phase 2 ist die Konstruktion einer Hochleistungs-Brustgradientenspule geplant, die High-Duty-Cycle-Betrieb für schnelle Mehrschichtbildgebung ermöglicht. Der Einsatz neuer Herstellungstechniken wie Kupfer-3D-Druck wird dies ermöglichen, wodurch sich eine niedrigere thermische Last als beim ersten Prototyp ergibt. Materialien mit höherer thermischer Leitfähigkeit sowie eine Spule in Mehrschichtbauweise sind geplant.Der Prototyp aus Phase 1 und die High-Duty-Cycle-Spule aus Phase 2 sollen in einen klinischen MRT integriert werden mit anschließender Probandenstudie zur Nervenstimulation. Für parallele Bildgebung wird eine Mehrkanal-Hochfrequenzempfangsspule gebaut. Artefaktkompensationstechniken für konventionelle DWI sollen ebenso wie fortgeschrittene DWI-Sequenzen wie q-Raum-Bildgebung und zeitabhängige DWI realisiert werden. Das Potential ultrahoher Gradienten zur Unterscheidung benigner und maligner Brustläsionen wird in einer ersten Patientenstudie bewertet werden. Es ist geplant, die technische und physiologische Realisierbarkeit lokaler Gradientenspulen für andere Körperregionen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Sebastian Bickelhaupt