Grundlagen der Ultrahochfeld MRT

Seit ca. 2000 bieten zumindest 3 große MR- Herstellerfirmen kommerzielle 7 Tesla Ganzkörper MRT's für humane Forschung und klinische Forschung unter der Voraussetzung von Ethikkommissionsbewilligungen an. Mittlerweile sind weltweit an die fünzig 7 Tesla MR-Systeme zudem drei 9.4 Tesla MR-Systeme und ganz rezent ein 10.5 Tesla humanes MR-System im Einsatz.

Warum dieser Trend zu immer höheren Feldstärken?. Das wichtigste Argument ist ein höheres Signal zu Rauschverhältnis das etwa linear mit der Feldstärke zunimmt. Das heißt von 3 auf 7 Tesla haben wir etwa ein doppelt so hohes Signal zu Rauschverhältnis zugunsten von 7Tesla. Dies kann in der morphologischen Bildgebung einerseits in einer höheren örtlichen Auflösung bei gleicher Messzeit wie auf 3Tesla oder bei gleicher örtlicher Auflösung wie auf 3Tesla in einer schnelleren Untersuchungszeit genützt werden. Zudem profitieren alle Techniken die auf 3Tesla bisher grenzwertig waren, wie funktionelles MRI, SWI und die MR-Spektroskopie von dem höheren Signal zu Rauschverhältnis. Zudem können neben Protonen andere Kerne, wie Natrium, Phosphor und Kohlenstoff für metabolische Studien mit ausreichender Sensitivität angeregt werden.

Ein weiteres gewichtiges Argument ist der sogenannte BOLD Effekt (Blood Oxygenation Level Dependence) der deutlich mit der Feldstärke zunimmt: so beträgt der BOLD Effekt auf 1.5Tesla lediglich 1 – 3% auf 3 Tesla 4 – 6% und auf 7 Tesla bis auf 8 – 10%. Der dynamische BOLD Effekt in Form des funktionellen MRI profitiert von einer höheren Sensitivität und Spezifität auf dem Ultrahochfeld, und auch der statische BOLD Effekt in Form des suszeptilitätsgewichteten Bildgebung (SWI) profitiert ebenfalls deutlich vom höherem Feld, da der Phasenkontrast linear mit der Feldstärke zunimmt.

Weiters haben wir eine Zunahme des Chemical Shift, das in der MR-Spektroskopie zu einer besseren spektralen Auflösung führt und deshalb vorteilhaft für Stoffwechselstudieneingesetzt werden kann.

Diesen Vorteilen stehen jedoch eine Reihe von Nachteilen der Ultrahochfeldsysteme gegenüber: Neben den bis jetzt doch erheblich höheren Kosten für 7 T sind neue Spulendesigns notwendig. Da es derzeit für 7Tesla MRT fehlender Körperspule müssen alle lokalen Spulen Sende und Empfangsspulen sein. Dies kompliziert die Spulenentwicklung auf 7Tesla erheblich.

Wir finden stärkere B1 Inhomogenitäten, sogenannte Hot Spots. Die Lösung dieses Problems sind einerseits Multielement-Empfangsspulen aber besonders die Entwicklung der Parallel Transmit-Technik, die im Stande ist diese Inhomogenitäten weitgehend auszugleichen. Weitere Probleme sind eine Zunahme der Chemical Shift Artefakte, die durch eine Erhöhung der Bandbreite kompensiert werden kann.

Ein weiteres Problem ist die höhere Radiofrequenzenergie, die zu einer Erhöhung der spezifischen Absorptionsrate führt. Dies erfordert einerseits neue Strategien wie Hyperecho Technik, 3D- TSE Imaging oder Modifikationen der HF-Pulse für TSE um die SAR Probleme zu reduzieren. Natürlich sind Fragen der MR- Kompatibilität und Sicherheitsprofile besonders auf 7 Tesla zu beachten.

Lernziele:

• Verbreitung von Ultrahochfeldsystemen (7, 9.4, 10.5 Tesla)

• Vorteile eines Ultrahochfeldsystems (7 Tesla) und Anwendungsgebiete

• Nachteile eines Ultrahochfeldsystems (7 Tesla) und Lösungsansätze

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