Multi-Kern in vivo MRS und MR HF-Spulen Entwicklung bei 7T zum Erkennen metabolischer Veränderungen im Gewebe

Multi-Kernspinresonanz-Spektroskopie (MRS) ist ein nicht-invasives Instrument zur Untersuchung von Stoffwechsel in vivo, welche es ermöglicht, metabolische Veränderungen unter dem Einfluss von Alterung, Bewegung, Ernährung oder Medikamentengabe zu untersuchen. Weiterhin kann die MRS für die Diagnose einer Reihe von Krankheiten, einschließlich Stoffwechsel- und neurologischen Erkrankungen dienen. Allgemeine Ziele dieses Projekts sind, drei Arbeitsgruppen und ihr Know-how zu verbinden, um Ultra-hochfeld Multi-Kern RF-Spulen für die Anwendung zu optimieren, zur Erkennung metabolischer Veränderungen im alternden Menschen. Basierend auf den Erfahrungen in dynamischen Studien mit 31P MRS und Muskel Untersuchungen bei 3T der Wiener Ultra-Hochfeld Gruppe von Prof. Moser werden die Methoden erweitert und verbessert für Anwendung bei 7T (MRS Pulssequenzen, RF-Spulen). Um das volle Potenzial bei 7T zu erhalten, müssen multi-resonante RF-Spulen eingesetzt werden, welche nicht kommerziell erhältlich sind. Die Magdeburger Arbeitsgruppe hat Erfahrungen in der Simulation von Ultra-Hochfeld RF-Spulen und wird diese in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Cho (NRI Südkorea) konstruieren.

Multi-nuclear in vivo MRS and RF-coil developoment at 7T to detect metabolic alterations in tissue

Multi-nuclear  magnetic  resonance  spectroscopy  (MRS)  is  a  non-invasive  tool  for
investigating  metabolism  in  vivo,  which  among  other  applications  allows  to  study
metabolic changes under  the  influence of ageing, exercise, nutrition or medication as
well  as  to  the  diagnose  of  a  wide  range  of  diseases  including  metabolic  and
neurological disorders. MRS, and particularly multi-nuclear MRS  (in contrast  to MRS
using 1H nuclei)  is particularly SNR critical and  thus benefits most from  the increased
sensitivity and spectral dispersion due  to ultra-high  field strength  (7T). While several
challenges have  to be  taken  into account when applying MR at such high fields, e.g.,
increased RF power deposition and complex   field distribution patterns  in 1H MR,  the
latter  is  not  an  issue  in multi-nuclear MRS,  thus  rendering  7T  particularly  useful  for
these  applications.  Overall  aims  of  the  project  is  to  join  three  groups  and  their
expertise  to  optimize  ultra-high  field  multinuclear  RF-coils  for  application  to  detect
metabolic  changes  in  ageing  people. Based  on  the Vienna  High  field MR  group  of
Prof.  Moser  experience  in  dynamic  studies  using 31P  MRS  and  imaging  for
investigating exercising muscle at 3T,  the methods (MRS pulse sequences, hardware
necessary for muscle stimulation, RF-coils) are extended and improved for application
at 7T. For accessing the full potential of 7T, dedicated multi-resonant RF-coils have to
be employed, which are not commercially available and are hence designed in house.
The Magdeburg working  group has an  expertise  in  simulation  of  ultra-high  field RF-
coils. A two year lasting cooperation with the NRI Korean group of Prof. Cho (granted
by  the BMBF) who are experts in constructing 7T RF-coils, resulted already in several
jointly  built  1H RF-coils.  This  expertise will  now  be  extended  and  transferred  to  the
Vienna site which is unique for  its capability of applying multi-nuclear MR methods for
whole-body  applications  and  the  availability  of  a  recently  established  RF-coil
laboratory  on  site, while being  directly  affiliated  to  one  of Europe s  largest university
hospitals.  By  focusing  on  basic  research  of  human  physiology  (muscle  metabolism
and  function  investigated with muti-nuclear MRS  and MRI  during  voluntary  exercise
and electrical stimulation) and disease (e.g. studies on diabetes), together with whole-
body  imaging applications of muscles and  joints,  the  research conducted at Vienna s
high  field MR  centre will make  a value  contribution  to  the ultimate  goal of  improved
quality  of  life  in  the  context  of  better  understanding  physiologic  and  pathologic
processes.