Bessere Bildgebung durch Multi-Faktor-Optimierung
MRI ist ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren ohne ionisierende Strahlung. MRI-Tools sind für die Diagnose vieler Erkrankungen unentbehrlich geworden und haben neue Blicke auf gesundes und krankes Gewebe ermöglicht. Derzeit konzentriert sich die Neugestaltung der Magnetspule für spezielle Anwendungen ausschließlich auf elektromagnetische Eigenschaften gefolgt von umfangreichen empirischen Tests, was zu suboptimalen Gradientenspulen führt. Dank des EU-finanzierten Projekts "Multiphysics coil design: Applications in novel magnetic resonance imaging systems" (MCODE) wurde der Grundstein gelegt, um die Physik der Thermodynamik zusammen mit elektromagnetischen Überlegungen zu nutzen. Diese mehrdimensionalen Überlegungen sollen zu Reduzierungen bei Temperatur, Vibrationen und Geräuschen führen. Das Ergebnis werden eine größere Bildauflösung, kürzere Zykluszeiten sowie die dringend notwendige verbesserte Durchführbarkeit von weiteren neuen und spezialisierten Systemen sein. Die Teammitglieder entwickelten zuerst Code, der mit Code der inversen Randelementmethode (IBEM) für Spulendesign kompatibel sein soll. IBEM simuliert die Temperatur der elektromagnetischen Wicklungen und wurde verwendet, um Bedenken in Bezug auf die Erhöhung der Feldstärke der in MRT verwendeten Gradienten zu begegnen. Die vorhergesagten Temperaturen (Vorwärtssimulation) stimmten sehr gut mit denen überein, die experimentell mithilfe einer Wärmebildkamera gemessen wurden. Der nächste Schritt war das umgekehrte Problem, die Temperaturvorhersagen für Entwürfe der unteren (eigentlich niedrigsten oder minimalen) Maximaltemperatur zu nutzen, um höhere Arbeitszyklen für neuartige MRI-Verfahren zu ermöglichen. Die Wissenschaftler entwickelten Software, um die minimale Höchsttemperatur in einer Spule unter Schaffung eines gegebenen Magnetfelds zu optimieren. Die Forscher verwendeten dann diese Software an einer Standard-MRT-Spule bei Simulationen mit unterschiedlichen thermodynamischen Parametern. Die Spulen wurden unter Verwendung der Mindesthöchsttemperatur-Optimierung neu gestaltet und eine viel geringere Spitzentemperatur wurde vorhergesagt. MCODE erzeugte und mathematische Optimierungssoftware und demonstrierte ihre Leistung für die Konstruktion von MRI-Spulen für spezialisierte Anwendungen unter Berücksichtigung der Thermodynamik. Die Übernahme der Technologie durch MRI-Hersteller sollte neue Märkte für High-Performance-MRI-Systeme eröffnen, die eine bessere Diagnose von wichtigen Traumata und Krankheiten unterstützen.
Schlüsselbegriffe
Imaging, Kernspintomographie, Gradientenspulen, elektromagnetischen Eigenschaften, thermodynamische
