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Durchbruch für die Magnetresonanztomographie Neue Spule ist Allround-Talent

[17.02.2021]

Wer „in die Röhre“ kommt, benötigt möglichst klare Schichtbilder eines Organs oder einer anderen Körperstruktur. Doch je weiter im Innern das mögliche Problem liegt, desto schwieriger ist die hochauflösende Darstellung in der Magnetresonanztomographie. Ein internationales Wissenschaftlerteam unter Federführung der Universität Duisburg-Essen (UDE) hat eine Hochfrequenzspule entwickelt, die eine deutlich bessere Reichweite im Körper ermöglicht – und weitere Vorteile mit sich bringt. Das Fachmagazin „Nature Communications“ berichtet.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) bei 7 Tesla ist die neueste Generation dieser Technologie und bietet deutlich höher aufgelöste Bilder als die klassischen Geräte, die mit einer magnetischen Flussdichte von maximal 3 Tesla arbeiten. Gerade die hochfrequenten Magnetfelder bei 7 Tesla werden allerdings stark vom Körpergewebe absorbiert und erreichen daher weit innen liegende Organe wie Herz oder Prostata bisher nur schlecht.

Große Reichweite, dabei breitbandig und effizient 

Dr.-Ing. Jan Taro Svejda vom Fachgebiet Allgemeine und theoretische Elektrotechnik (ATE) und dem Center for Nanointegration (CENIDE) hat gemeinsam mit Kollegen der ITMO Universität St. Petersburg (Russland), der TU Eindhoven und dem Uniklinikum Utrecht (beide Niederlande) eine neue Hochfrequenzspule entwickelt, die gleich drei entscheidende Eigenschaften mit sich bringt: Der Aufbau aus sogenannten „periodischen Metamaterialstrukturen“ lenkt die Energie möglichst optimal in das abgestrahlte Magnetfeld. Damit wird ein intensives Magnetfeld unmittelbar um die Antenne – und damit auch am untersuchten Körper – vermieden. Das führt gleichzeitig zu einer größeren Reichweite, weil weniger Energie vom Gewebe absorbiert wird.

Der dritte Vorteil liegt in den Möglichkeiten, die diese neuartige Leckwellenantenne bietet: Herkömmliche MRT-Antennen regen die Resonanz der Wasserstoff-Atomkerne im Körper an. Knorpel ließe sich aber zum Beispiel besser über die Resonanz von Natriumkernen darstellen; dafür würde aber bis dato eine andere Antenne mit der entsprechenden Arbeitsfrequenz benötigt. „Unsere Spule kann dagegen auch solche alternativen Magnetresonanzen erzeugen“, erklärt Svejda. „Das heißt, es lassen sich mit nur einer Antenne komplementäre MRT-Bilder erstellen, die z.B. die natriumhaltigen Gewebestrukturen wie Knorpel zusätzlich hervorheben.“

Im nächsten Schritt arbeitet das Team nun an einer neuen Version der Metamaterialstruktur, mit der sich die Bildqualität aus dem Körperinnern noch weiter steigern lässt.

 

Bild: Die Leckwellenantenne ist aus periodischen Metamaterialstrukturen aufgebaut.

Originalveröffentlichung:
G. Solomakha, J. T. Svejda, C. van Leeuwen, A. Rennings, A. J. Raaijmakers, S. Glybovski, D. Erni
"A self-matched leaky-wave antenna for ultrahigh-field MRI with low specific absorption rate,"
Nat. Commun., vol. 9, article no. 455, pp. 1-11, Jan. 19, 2021
DOI: 10.1038/s41467-020-20708-w

Weitere Informationen:
Prof. Dr. sc. techn. Daniel Erni, Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE), Tel. 0203/37 9- 4212, daniel.erni@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de