7 Tesla MR: Elektromagnetische Simulationen und HF-Sicherheit
Forschungsschwerpunkte
• Simulationsbasierte Entwicklung von Mehrkanal-Sendespulen für die UHF-MRT
• Numerische Sicherheitsabschätzung der HF-Exposition basierend auf lokaler SAR
Gewebetemperatur und thermischer Dosis während MR-Untersuchungen
• Simulationsbasierte Kompatibilitätstest von medizinischen Implantaten
• Entwicklung von anatomischen Köpermodellen
• Messtechnische Validierung von Simulationsmodellen und -ergebnissen
Forschungsgebiet
In Magnetresonanz(MR)-Systemen werden Felder aus verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums genutzt, um magnetische Momente von Kernen zu manipulieren sowie um das MR-Signal zu detektieren. Das statische magnetische Feld B0 polarisiert das Spinensemble und geschaltete Magnetfeldgradienten (Gx, Gy, Gz) mit Frequenzen bis zu 10 kHz werden zur räumlichen Lokalisierung eingesetzt. Darüber hinaus erzeugen Hochfrequenz(HF)-Sendespulen Felder mit der Larmorfrequenz für die Spinanregung, während HF-Empfangsspulen das MR-Signal erfassen. Die räumlichen Feldverteilungen in den verschiedenen Frequenzbereichen folgen den Maxwell'schen Gleichungen.
Numerische Simulationen sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Konformitätstests sowie für die Designoptimierung von Sende- und Empfangsspulen von MR-Systemen geworden. Da die gesamte dreidimensionale Feldverteilung gewonnen werden kann, ist es möglich, verschiedene nützliche Informationen für realistische Expositionsszenarien zu extrahieren, die nicht aus Messungen in Phantomen oder in vivo in vergleichbarer Detailtiefe gewonnen werden können. Insbesondere im Hinblick auf Konformitätstests ist die numerische Berechnung von HF-Feldern in anatomischen Körpermodellen derzeit der einzige praktische Weg, um realistische Feldverteilungen zu erhalten, die notwendig sind, um die Einhaltung der Grenzwerte zu gewährleisten.
Das menschliche Körpergewebe ist verlustbehaftet und während der Exposition mit HF-Feldern wird Energie vom Körpergewebe absorbiert. Die absorbierte Leistung wird in einen Wärmeeintrag umgewandelt, der zu einer erhöhten Gewebetemperatur führen kann. In der IEC-Norm sind Grenzwerte vorgegeben, bei deren Einhaltung ein möglicher Gewebeschaden verhindert werden soll. Die Bewertung der HF-Exposition erfolgt in der Regel unter Berücksichtigung der lokalen spezifischen Absorptionsrate (SAR). Da die SAR nur die absorbierte Leistung wiederspiegelt und nicht direkt mit einem möglichen Gewebeschaden in Verbindung steht, verwenden neue Ansätze Bio-Wärmetransfergleichungen um neben der SAR die Temperatur und die thermische Dosis des Gewebes auswerten zu können.
Das Forschungsgebiet der Projektgruppe ‚Elektromagnetische Simulationen‘ befasst sich mit der Evaluierung der HF-Exposition von Personen während MR-Untersuchungen bei statischen Feldstärken ≥ 7 Tesla (Ultra-Hochfeld-MRT). Dazu zählt insbesondere die simulationsbasierte Entwicklung und Optimierung von innovativen Mehrkanal-Sendespulen, mit dem Ziel einer reduzierten HF-Exposition bei einer homogenen Kernspinanregung. Weitere Forschungsgebiete sind die Entwicklung von anatomischen Körpermodellen und die Implementierungen von thermischen Regulationssystemen für die realitätsnahe Sicherheitsbewertung sowie simulationsbasierte Kompatibilitätstest von passiven, medizinischen Implantaten.
Als Teil des EU-geförderten Projektes „MRExcite“ arbeiten wir zusammen mit dem Erwin L. Hahn Institute in Essen und der Hochfrequenztechnik der Universität Duisburg-Essen an der Entwicklung eines integrierten Sendesystems mit 32 parallelen Sendekanälen für die Ganzkörper-MRT bei 7 T.
Abschlussarbeiten (B.Sc. / M.Sc.)
Wir suchen motivierte Kandidaten für Bachelor- und Masterarbeiten in unserer Gruppe. Bei Interesse an einer Arbeit in unserer Gruppe freuen wir uns über Ihre Anfrage. Wir diskutieren gerne mögliche Projekte mit Ihnen. Eine Liste mit offenen Projekten finden Sie hier.
© dkfz.de