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Abstract (German)

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine der wichtigsten medizinischen Bildgebungstechniken. Seit der Einführung der MRT gibt es einen kontinuierlichen Trend zu höheren statischen Magnetfeldstärken, um u.a. ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten. MRT-Systeme nutzen Hochfrequenz(HF)-Felder zur Signalgenerierung, deren Frequenz proportional mit der Stärke des statischen Magnetfeldes ansteigt. So wird z.B. zur Anregung des Wasserstoff-Protons (1H) bei 7 Tesla eine Frequenz von ca. 300 MHz angewendet. Bei der Exposition von Personen mit HF-Feldern wird Energie im verlustbehafteten Körpergewebe absorbiert, wodurch es zu einem Wärmeeintrag im Gewebe kommt. Exzessive HF-Absorption führt zu einer Erwärmung des Gewebes, wobei überhöhte Temperaturen Gewebeschäden hervorrufen können. Die vom Körper absorbierte Gesamtenergie ist frequenzabhängig und erhöht sich mit steigender Frequenz. Zudem sind lokale Überhöhungen der Verlustleistungsdichte im Körper mit zunehmender Frequenz stärker ausgeprägt. Grenzwerte für die zulässige Erhöhung der Körperkerntemperatur sowie die maximale lokale Gewebetemperatur sind in der IEC-Norm 60601-2-33 spezifiziert. Alternativ kann auch direkt der Wärmeeintrag im Gewebe begrenzt werden, für den die spezifische Absorptionsrate (SAR) als Maß herangezogen wird. In dieser Arbeit werden Sicherheitsbewertungen der HF-Expositionen basierend auf der lokalen SAR, der lokalen Gewebetemperatur sowie der thermischen Dosis für parallele Sendeverfahren verglichen. Der Zusammenhang zwischen der lokalen SAR und der Gewebetemperatur wird unter Berücksichtigung von thermischen Regulationssystemen betrachtet. Ziel der durchgeführten Untersuchungen ist, Beiträge zur realitätsnahen Bewertung der HF-Exposition in der MRT zu leisten, die zum einen die Anwendbarkeit von parallelen Sendeverfahren verbessern und zum anderen zur Ableitung belastbarer SAR-Grenzwerte oder zur Definition neuer Regulierungen bei der Untersuchung von Probanden mit Hochfeld-MR-Tomographen herangezogen werden können.

Abstract (English)

Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most important medical imaging techniques. Since the introduction of MRI, there has been a continuous trend towards higher static magnetic field strengths, to obtain a higher signal-to-noise ratio (SNR). MRI systems use radio frequency (RF) fields to generate signals, whose frequency increases proportionally with the strength of the static magnetic field. For example, a frequency of approximately 300 MHz is used to excite the hydrogen proton (1H) at 7 Tesla. When people are exposed to RF fields, energy is absorbed in lossy body tissue, which causes heat to be transmitted into the tissue. Excessive HF absorption leads to a warming of the tissue, where excessive temperatures can cause tissue damage. The total energy absorbed by the body is frequency-dependent and increases with increasing frequency. In addition, local increases in the power dissipation density in the body are associated with increasing frequency are more pronounced. Limits for the permissible increase of the body core temperature and the maximum local tissue temperature are specified in the IEC standard 60601-2-33. Alternatively, heat transfer into the tissue can be directly limited, for which the specific absorption rate (SAR) is used as a measure. In this thesis are performed safety assessments of RF exposures based on the local SAR, the local tissue temperature and the thermal dose for parallel transmission methods. The relationship between the local SAR and the tissue temperature is considered under consideration of thermal regulation systems. The aim of the investigations is to contribute to the realistic evaluation of RF exposure in MRI, which on the one hand improve the applicability of parallel transmission methods and on the other hand for the derivation of loadable SAR limits or to define new regulations for the examination of subjects with high-field MR tomographs.

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