Optimierte Magnetfelder für die Magnetresonanzbildgebung

In diesem Forschungsprojekt werden wir die Machbarkeit eines völlig neuen hardware- und softwarebasierten Ansatzes zur Überwindung von Fehlern im Magnetfeld von Hochfeld- Magnetresonanztomographen (MRT) testen. Für eine qualitativ hochwertige MRT-Untersuchung ist eine hohe Homogenität (d. h. die gleiche magnetische Feldstärke innerhalb aller Körperteile, die per MRT abgebildet werden) unerlässlich. Mittels numerischer Simulationen und analytischer Modelle werden wir die Machbarkeit dieses neuen Ansatzes zur Bildgebung des menschlichen Gehirns innerhalb der geometrischen und Hardwarebeschränkungen vorhersagen, die in typischen kommerziellen Ganzkörper- MRT-Scannern auferlegt werden. Ein erster, einfacher Prototyp wird verwendet, um die vorhergesagten Ergebnisse zu validieren.

Aufbauend auf ersten Ergebnissen von Mach-Batlle et al. Physik Rev. Lett. (2022) bestand unser angestrebter wissenschaftliche Durchbruch darin, einen Prototyp einer neuen Magnetresonanztomographie-Technologie zu entwickeln, um homogenere statische Magnetfelder zu erzeugen, indem maßgeschneiderte Magnetfeldverteilungen im menschlichen Körper erzeugt werden, die Fehler in ansonsten unzugänglichen Regionen des menschlichen Körpers beseitigen würden. Dies würde auf den ersten Blick dem Satz von Earnshaw (1842) widersprechen, der besagt: "Es gibt kein statisches magnetisches oder elektrisches Feld ohne eine Quelle, die Objekte in einem stabilen Gleichgewicht halten kann." Mach-Batlle et al. hatte jedoch theoretisch vorgeschlagen und in einem einfachen Experiment gezeigt, dass Metamaterialien eine Lösung für dieses Problem bieten könnten, und das Ziel unserer Studie war es, ihre Ergebnisse für einen ersten Grundsatzbeweis in der Magnetresonanztomographie des Gehirns zu nutzen, um diese lange Zeit bestehende Probleme bei der Erzeugung wirklich homogener Magnetfelder in der Magnetresonanztomographie zu überwinden. In unserem Projekt haben wir eine Reihe verschiedener geometrischer und materieller Konfigurationen simuliert und eine Shimming-Hardware gebaut, die in der Lage sein sollte, das mit diesem neuen Ansatz vorhergesagte korrigierende Magnetfeld zu erzeugen. Sowohl Simulationen als auch Experimente haben jedoch gezeigt, dass die erzielten Effekte zu gering sind und sich nicht über eine ausreichend große Entfernung erstrecken können, um die Magnetresonanztomographie in der Praxis verbessern zu können.