Entwicklung einer 24-Kanal PET/MR-Kopfspule zur optimierten Abschwächungskorrektur und verbesserten Bildgebung

Abstract

Die moderne medizinische Bildgebung setzt zunehmend auf Hybridverfahren, um anatomische und metabolische Informationen zu kombinieren. Während die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) metabolische Prozesse erfasst, liefert die Magnetresonanztomographie (MRT) hochauflösende anatomische Bilder. Die Kombination beider Verfahren stellt jedoch technische Herausforderungen, insbesondere bei der Abschwächungskorrektur. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer speziellen 24-Kanal-Kopfspule für PET/MRT-Anwendungen, die eine verbesserte Korrektur ermöglicht. Die Arbeit behandelt die physikalischen und technischen Grundlagen von PET und MRT sowie die spezielle Herausforderung der Hochfrequenzspulen (HF-Spulen). Die Konstruktion der Spule basiert auf einer optimierten Anordnung von 24 Empfangsspulen, die eine hohe Signalausbeute und minimale Interferenzen gewährleisten. Das Gehäuse wurde mittels 3D-Druck aus Polylaurinlaktam gefertigt und so gestaltet, dass es eine optimale Platzierung der Spulenelemente ermöglicht. Die Spule enthält dünne Kupferleiter, um die Absorption der PET-Signale zu minimieren. Die SNR-Messungen zeigten eine deutliche Verbesserung der Signalqualität im Vergleich zu bestehenden Systemen. Die entwickelte Spule zeigt eine hohe Leistungsfähigkeit und übertrifft in vielen Bereichen eine kommerzielle 16-Kanal-Kopfspule in Bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und die parallele Bildgebung. Die Ergebnisse der ersten Abschwächungskorrektur -Scans stimmen mit den Literaturwerten überein und bestätigen die Eignung des Designs für PET/MRT-Anwendungen. Zukünftige Arbeiten werden sich auf den Vergleich mit weiteren Abschwächungskorrektur -Methoden sowie auf Tests in präklinischen und klinischen Studien konzentrieren.

Modern medical imaging increasingly relies on hybrid techniques to combine anatomical and metabolic information. While positron emission tomography (PET) captures metabolic processes, magnetic resonance imaging (MRI) provides high-resolution anatomical images. However, combining these two methods presents technical challenges, particularly in attenuation correction. The objective of this work is to develop a specialized 24-channel head coil for PET/MRI applications that enables improved attenuation correction.This study addresses the physical and technical fundamentals of PET and MRI, as well as the specific challenges of high-frequency (HF) coils. The coil’s design is based on an optimized arrangement of 24 receiver elements, ensuring high signal yield and minimal interference. The housing was manufactured using 3D printing from polylaurolactam and was designed to allow optimal positioning of the coil elements. Thin copper conductors were used in the coil to minimize PET signal absorption.The SNR measurements demonstrated a significant improvement in signal quality compared to existing systems. The developed coil exhibits high performance and surpasses a commercial 16-channel head coil in many aspects, particularly in terms of the signal-to-noise ratio (SNR) and parallel imaging. The results of the initial attenuation correction scans align with literature values, confirming the suitability of the design for PET/MRI applications. Future research will focus on comparing additional attenuation correction methods as well as conducting tests in preclinical and clinical studies.