Phased-Array-Spule

Klassische Volumenspulen erzeugen eine relativ homogene Hochfrequenzanregung bzw. Signalaufnahme über ein größeres Untersuchungsvolumen. Sie liefern jedoch in oberflächennahen Strukturen oft ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis als lokal angepasste Oberflächenspulen. Phased-Array-Spulen kombinieren den Vorteil lokaler Oberflächenspulen — hohe Sensitivität in Spulennähe — mit einer größeren anatomischen Abdeckung durch mehrere Spulenelemente.

In der klinischen MRT werden Phased-Array-Spulen unter anderem für Kopf-, Wirbelsäulen-, Herz-, Mamma-, Gelenk- und Körperbildgebung eingesetzt. Besonders wichtig sind sie bei Verfahren der parallelen Bildgebung, zum Beispiel SENSE- oder GRAPPA-basierten Rekonstruktionen.

Eine Phased-Array-Spule besteht typischerweise aus mehreren einzelnen Spulenelementen, die anatomisch angepasst angeordnet sind. Häufig handelt es sich um Loop-Spulen, also ring- oder schleifenförmige Empfangselemente. Diese können überlappend, nebeneinander oder in komplexeren geometrischen Konfigurationen angeordnet sein.

Wichtige konstruktive Aspekte sind:

• Entkopplung der Spulenelemente: Die Einzelelemente sollen möglichst unabhängig voneinander arbeiten, um Rauschkorrelationen und gegenseitige Beeinflussung zu reduzieren.
• Anatomische Anpassung: Eine enge Anpassung an die Körperregion verbessert die lokale Sensitivität.
• Mehrkanalige Signalverarbeitung: Jedes Spulenelement liefert ein eigenes Signal, das separat digitalisiert und anschließend kombiniert wird.
• Kabel- und Stromführung: Bei Hochfeld-MRT-Systemen müssen Gleichtaktströme auf Koaxialkabeln minimiert werden, da sie Bildartefakte und Sicherheitsrisiken verursachen können.

Bei ultrahohen Feldstärken wie 7 Tesla werden außerdem die Wechselwirkungen zwischen Empfangsarray, Sendespule, Patientengewebe und elektromagnetischem Feld besonders relevant.

Phased-Array-Spulen sind heute ein wesentlicher Bestandteil moderner MRT-Systeme. Sie ermöglichen schnellere Sequenzen, höhere räumliche Auflösung und bessere Bildqualität. In Kombination mit paralleler Bildgebung sind sie besonders relevant für Untersuchungen, bei denen Bewegungsartefakte reduziert oder lange Messzeiten vermieden werden sollen.

In der Hochfeld- und Ultrahochfeld-MRT, insbesondere bei 7 Tesla, sind Phased-Array-Spulen zudem ein zentrales Forschungswerkzeug. Sie erlauben die Untersuchung kleiner anatomischer Strukturen mit hoher Auflösung, erfordern jedoch eine sorgfältige Sicherheitsbewertung, insbesondere hinsichtlich Hochfrequenzfeldverteilung und spezifischer Absorptionsrate.

• Wiggins et al., Eight‐channel phased array coil and detunable TEM volume coil for 7 T brain imaging., Magn Reson Med, 2005
• Ying und Liang, Parallel MRI Using Phased Array Coils, IEEE Signal Processing Magazine, 2010