Aktuelle Projekte

ERC advanced grant SpreadMRI

Die Aufnahmegeschwindigkeit bei bildgebenden Verfahren ist ein entscheidender Faktor, um schnelle Veränderungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung erfassen zu können. Ein großer Nachteil der Magnetresonanztomographie (MRT) ist ihre im Vergleich zu anderen Verfahren wie Ultraschall oder Computertomographie relativ geringe Geschwindigkeit. Wir wollen zwei neuartige Konzepte erforschen, um die Geschwindigkeit der MRT im Vergleich zu den bestehenden Verfahren um eine weitere Größenordnung zu erhöhen. SpreadMRI geht über die aktuellen Konzepte der Bildkodierung hinaus, indem es eine spektrale Spinmodulation nutzt, die bisher nicht eingesetzt wurde. SpreadMRI basiert auf der schnellen und lokalen Modulation von Magnetfeldern, die durch Strom- und/oder Hochfrequenzspulen erzeugt werden. Die angewandten spektralen Modulationen liegen im MHz-Bereich und überbrücken den Niederfrequenzbereich der geschalteten Gradienten (kHz) und den 100-MHz-Bereich der Larmor-Frequenz.

Modellierung mikrovaskulärer Effekte in der zerebralen kortikalen fMRT

Welche Einschränkungen gibt es bei der fMRT und wie genau kann sie die neuronale Aktivität widerspiegeln? In einem dreijährigen deutsch-amerikanischen Projekt werden wir die Spezifizität der Messung neuronalen Aktivität mithilfe der fMRT durch detaillierte biophysikalische Modellierung der hämodynamischen Reaktion und entsprechende hochauflösende MRT-Messungen verbessern. Die Gruppe von Jon Polimeni am MGH entwickelt derzeit realistische mikrovaskuläre Netzwerke und Dynamiken zur Simulation hämodynamischer Reaktionen auf neuronale Aktivität. Diese Netzwerke werden es uns ermöglichen, verschiedene fMRT-Kontraste, neuronale Aktivierungsdauern, kortikale Orientierungen und Gefäßdichten zu simulieren. Die künstlichen Gefäßmodelle werden dann mit echten makrovaskulären Architekturen kombiniert, die aus sehr hochauflösenden MRT-Bildern abgeleitet werden, und mit Kapillardichten, die aus Messungen des zerebralen Blutvolumens (CBV) abgeleitet werden, die am 9,4-T-Gerät in Tübingen durchgeführt wurden.

UHF-NeuroBOOST

Hauptziele des UHF-NeuroBoost-Projekts sind die Entwicklung neuartiger pTx-optimierter 16-Element-Tx/64-Element-Rx-RF-Array-Spulen mit erweiterter Sende- (Tx) und Empfangsreichweite (Rx) für die UHF-Neuro-MRT des menschlichen Kopfes/Halses bei 7 T, 9,4 T und 11,7 T. Wir werden sowohl die Sendeleistung als auch das Signal-Rausch-Verhältnis der Arrays optimieren. Da sich bei UHF-Anwendungen gezeigt hat, dass Dipol-/Schleifen-Kombinationsarrays sowohl die Sendeleistung als auch das zentrale Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu herkömmlichen Schleifenarrays verbessern, werden wir bei der Entwicklung der Arrays eine Kombination aus Schleifen und Dipolen in Betracht ziehen.

Untersuchung des Gehirns mit implantierbaren Langzeit-MRT-Sensoren (E-Brain BW-Stiftung)

Die räumliche und zeitliche Auflösung der MRT ist im Vergleich zu optischen oder elektrophysiologischen Methoden immer noch begrenzt. Selbst bei sehr hohen Magnetfeldern von bis zu 10 Tesla oder mehr ist es äußerst schwierig, Signale zu erfassen, die nicht nur grobe Aktivierungs- oder Stoffwechseländerungen größerer kortikaler Bereiche widerspiegeln, sondern auch funktionelle kortikale Untereinheiten wie Schichten oder Kolumnen innerhalb der Großhirnrinde untersuchen. Die beiden Hauptgründe für diese Einschränkung sind die geringe intrinsische Empfindlichkeit der MRT und die räumlich unspezifische Kopplung zwischen neuronaler Erregung, lokaler Blutregulation und Energiestoffwechsel. Daher besteht das Hauptziel des vorgeschlagenen E-Brain-Projekts darin, diese grundlegenden Einschränkungen der herkömmlichen MRT durch die Anwendung eines innovativen MR-Erfassungskonzepts zu überwinden, das eine hochempfindliche integrierte Schaltkreis-basierte Auslesung mit vollständig biokompatiblen, langfristig implantierbaren Mikrospulen-Arrays kombiniert.