MRT mit analoger, optischer Freiraumkommunikation

Mit der Magnetresonanztomographie, kurz MRT, können Bilder vom Inneren des menschlichen Körpers aufgenommen werden. Besonders für weiche Gewebe, wie z.B. das Gehirn, Bänder und Sehnen, oder die inneren Organe, sind der erzielte Detailgrad und die Fülle an anatomischer und funktioneller Information unübertroffen und das ohne schädliche Röntgenstrahlung. Die MRT wird laufend weiterentwickelt. Zu den entscheidenden Errungenschaften der letzten Jahrzehnte zählen Detektoren, sogenannte Hochfrequenzspulen, mit mehreren Empfangskanälen und damit verbundene Methoden zur Verkürzung der Untersuchungsdauer. Hier wird auch an flexiblen Materialien geforscht, womit die Detektoren besser an den Körper der Patient:innen angepasst werden können, was Komfort und erreichbare Datenqualität erhöht. Die Entwicklung flexibler Mehrkanaldetektoren stößt jedoch mit der Verwendung konventioneller Koaxialkabel zur Datenübertragung zunehmend an ihre Grenzen was Skalierbarkeit, Handhabung und Sicherheit betrifft. Die Komplexität der Verkabelung steigt drastisch mit der Anzahl der Detektorkanäle und die Flexibilität der Spulen wird durch große Kabelstränge stark eingeschränkt. Genau an diesem Punkt setzt das OPTIMAL Projekt an. Ziel ist die kabellose Übertragung des MRT Signals. Dabei grenzt sich OPTIMAL in zwei wesentlichen Punkten von anderen Arbeiten zu kabellosen MRT Detektoren ab: Die Datenübertragung wird nicht mit konventionellem WLAN oder Bluetooth, sondern mit Licht realisiert und das Signal wird nicht digital, sondern analog übertragen. Datenübertragung mittels Licht, auch optische Freiraumkommunikation genannt, birgt charakteristische Vorteile wie eine hohe Datenrate, einen niedrigen Energiebedarf und keine Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern die bei einer MRT Untersuchung auftreten. Durch die analoge Signalübertragung kann der Energiebedarf für elektronische Komponenten weiter reduziert werden. Außerdem kann so ein kabelloses Übertragungssystem konzipiert werden, das mit bestehenden MRT Geräten und ihren Bildverarbeitungssystemen kompatibel ist. Eine große Herausforderung stellt der erstmalige Einsatz optischer Freiraumkommunikation in der MRT dar. In einem MRT Gerät treten sehr hohe elektromagnetische Felder auf, für die handelsübliche Komponenten nicht ausgelegt sind etwa 60 000 mal so stark wie das Erdmagnetfeld. Darüber hinaus müssen bei der analogen Signalübertragung Verluste unbedingt vermieden werden, da sonst die Bildqualität gemindert wird. Mit dem beschriebenen Ansatz soll im OPTIMAL Projekt die weltweit erste, komplett kabellose MRT Spule realisiert werden. Dies umfasst neben der Übertragung des MRT Signals auch kabellose Lösungen zur Detektoransteuerung und zur Energieversorgung. Für dieses anspruchsvolle Projekt, ist interdisziplinäre Zusammenarbeit essentiell. Roberta Frass (PI) von der MedUni Wien verfügt über MRT-Expertise, während Michael Hofbauer (Co-PI) von der TU Wien Knowhow in integrierter Optoelektronik und Lasertechnik mitbringt.