Radio-frequency coil optimization for MRI of tissues with ultra-short T2*: application in ancient remains and dental tissue

Abstract: Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein vielseitiges, nicht invasives Bildgebungsverfahren, das einen ausgezeichneten Weichteilkontrast für die klinische Diagnostik liefert. Sie erfasst das Kernresonanzsignal von Wasserstoff, meist von Gewebewasser im untersuchten Körperteil. Die MRT ist auch für die Untersuchung antiker Mumien interessant, da sie die Unterscheidung zwischen z.B. Restgewebe und Einbalsamierungsmaterial ermöglicht. Aufgrund des geringen Wassergehalts unterscheiden sich mumifizierte Proben jedoch erheblich von lebendem Gewebe. Konkret ergeben sich daraus für die MR-Bildgebung dieser Proben zwei Herausforderungen, die es zu lösen gilt: Einerseits haben die ausgetrocknete mumifizierte Gewebe ein stark reduziertes
Signal und andererseits besitzt das verbleibende gebundene Wasser sehr kurze T2*-Relaxationszeiten, die zu einem schnellen Signalabfall führen. Um dieses Signal zu erfassen, sind neue angepasste Hochfrequenz-Spulen (HF-Spulen) erforderlich. Die herkömmlichen HF-Spulen, welche für klinische Anwendungen verwendet werden, haben eine Reihe von Beschränkungen für die MRT von Mumien, was zu einem reduzierten Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) führt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden dedizierte HF-Spulen entwickelt, um die Signalerfassung für die MRT mumifizierter Gewebe zu optimieren. Für eine effiziente Spulenentwicklung wird ein neues Programm entwickelt, eine Multiparameter-Analysemethode für B1- und SNR-Analyse (MAMBA). Es ermöglicht den Entwurf von verschiedenen HF-Spulen (derzeit Birdcage-, Solenoid- und Loop Gap-Spulen) über eine grafische Benutzeroberfläche durch Festlegung der Proben-, Spulen- und Komponenteneigenschaften. Ein daraus resultierender Wert stellt den Leistungsindikator für das relative SNR dar und vergleicht somit die erwartete Performance verschiedener Spulendesigns und Parametervariationen durch Schätzung der Spulensensitivität, des Spulen- und des Probenrauschens. Für die MRT verschiedener antiker ägyptischer Proben (ein mumifizierter Kopf, eine mumifizierte Hand und eine Kindermumie) wurden spezielle HF-Spulen gebaut. Eine optimierte Sende-/Empfangs-Weiche reduzierte die Umschaltzeit, was für kurze T2*-Messungen bei verschiedenen MRT-Feldstärken (3T und 9,4T) entscheidend ist. Dies ermöglichte die Sichtbarkeit und Differenzierung mehrerer anatomischer Strukturen der Probe mit einer isotropen Auflösung von (1mm)³ bei 3T und (0,5mm)³ bei 9,4T. Insgesamt lieferte MAMBA eine zuverlässige Einschätzung der Performance, die für mehrere HF-Spulen bei 3T mit einer Genauigkeit zwischen 1% und 11% und einem SNR-Gewinn von bis zu 2,5 im Vergleich zu einer kommerziellen Spule verifiziert wurde.
Die entwickelten Werkzeuge wurden auch auf ihre klinische Anwendbarkeit in der dentalen MRT getestet. Das Ziel war die verbesserte Darstellung von Zahnwurzelkanälen, was einen anderen Spulenansatz erforderte. Hierfür wurde eine induktiv gekoppelte, intraorale flexible Spule entwickelt. Die Größe dieser Oberflächenspule wurde an einen einzelnen Zahn angepasst. Die induktive Kopplung erlaubt einen kabellosen Spulenansatz mit einer wasserdichten Hygieneschutzhülle für mehr Sicherheit. Die MR-Sicherheit wurde anhand von Temperaturmessungen bewertet und für die genutzte Spule sichergestellt. Des Weiteren erlaubt die lokale Platzierung in der Mundhöhle eine verbesserte Spulensensitivität. Bei 3T ergab die intraorale Spule eine SNR-Verbesserung um einen Faktor 6 im Vergleich zu einer herkömmlichen externen Oberflächenspule. Ex vivo war eine verbesserte Auflösung von bis zu 200 µm im Vergleich zu externen Spulen (400 µm) möglich. In vivo Messungen ergaben eine durchschnittliche SNR-Verbesserung um den Faktor 4,5 und eine verbesserte Wurzelkanaldarstellung beim direkten Spulenvergleich. Insgesamt ermöglichen die optimierten HF-Spulen eine bessere Bildqualität oder alternativ eine kürzere Messzeit

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• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Englisch
• Anmerkungen: Universität Freiburg, Dissertation, 2022

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Kernspintomografie ; Spulensystem ; Spule ; Kernspintomograf

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2022
• Urheber: Tesfai, Agazi
• Beteiligte Personen und Organisationen: Bock, Michael ; Hennig, Jürgen ; Wallrabe, Ulrike ; Klinik für Radiologie. Medizin Physik, Freiburg im Breisgau ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Angewandte Wissenschaften

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/232000
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2320006
• Rechteinformation: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.