Entwicklung von HF-Oberflächenempfangsspulen zur Mäuseknieuntersuchung in der MRT

Einleitung: HF-Spulen stellen in der magnetischen Kernspintomographie Schlüsselkomponenten in der Hardware dar. Durch Anpassung der HF-Spulen, an eine spezifische Problemstellung in der Bildgebung, ist man in der Lage physikalische Bildparameter zu optimieren. In dieser Studie sollen Lymphknoten in Mäuseknien mit einem klinischen Ganzkörper-MR-Tomographen (Magnetom Expert, 1.0 Tesla, 20 mT/m, Siemens, Erlagen) visualisiert werden. Ziel ist die Entwicklung von Oberflächenempfangsspulen hoher Güte für die MR-Bildgebung. Zusätzlich soll der Herstellungsaufwand hinsichtlich Material und Zeit vertretbar sein.

Material und Methode: Es wurden Oberflächenspulen mit verschiedenen Durchmessern (1cm-2.5cm) und unterschiedlicher Leitergeometrie (Ring, Rechteck, Spirale, konzentrischer Rechteck-Ring) hergestellt. Die Spulenentwicklung erfolgte unter der Verwendung von kupferkaschierten Leiterplatinen im positiv Photoätzverfahren. Vor dem Spulenbau wurde mittels des Bio-Savart'sche Gesetzes die magnetische Feldverteilung simuliert. Mithilfe eines Maching-Tuning-Netzwerkes und eines Netzwerkanalysators erfolgte die Anpassung der Spulen auf die benötigte Resonanzfrequenz und Impedanz. Durch eine passive Verstimmschaltung mit zwei antiparallel geschalteten Dioden konnte ein ausreichender Schutz des Gerätes und des Messobjektes gewährleistet werden. Vor der Anwendung erfolgte eine Vergleichsmessung der Güte und Verschiebung der Resonanzfrequenz mit und ohne Beladung der Spulen. Anschließend wurden an Mäusen Knielymphknoten akquiriert und hinsichtlich diagnostische Aussagekraft evaluiert.

Ergebnisse: Der Herstellungs- und Materialaufwand der Spulen sind gering und kostengünstig.

Die Güte Q als ein Maß in wieweit die Spuleninduktivität über die Verlustmechanismen dominieren, zeigt bei konzentrischer Rechteck-Ring-Geometrie die höchsten Werte bei minimaler Lastabhänigigkeit auf (Q=70,34; Q_beladen=63,6). Durch die Verteilung der Kapazitäten wird hier eine höhere Spulengüte und eine geringe Frequenzverschiebung im Vergleich zu konzentrierter Kapazität bei den anderen Spulen erreicht

Alle anderen getesteten Leitergeometrien weisen im Mittel einen Güterverlust bei Beladung von ca 20% auf.

Die zu akquirierenden Schnittbilder zeichnen eine hohe diagnostische Aussagekraft von kleinen Probenvolumen mit gutem Bildkontrast und guter Bildschärfe aufgrund eines hohen Signal-Rausch-Verhältnisses aus.

Diskussion: Durch die hohe Güte bei geringer Lastabhänigkeit bietet das Konzept der konzentrischen Rechteck-Ring-Spule die besten Voraussetzungen, an einem 1.0 Telsa MRT hochauflösende Schnittbilder von kleinen Probenvolumen zu akquirieren. Durch den geringen Zeit und Herstellungsaufwand können für spezifische MRT-Untersuchungen im Kleintierbereich die Spulen optimal an das Messobjekt angepasst werden.