Messung und Korrektur von mikroskopischen Kopfbewegungen während der Magnetresonanztomographie des Gehirns

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine weit verbreitete Methode zur nicht-invasiven Untersuchung der Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns. Zunehmende Magnetfeldstärken ermöglichen eine höhere Auflösung der Bildgebung; jedoch bedeuten lange Scan-Zeiten und hohe Bewegungsempfindlichkeit, dass die Bildqualität häufig durch die unwillkürlichen Bewegungen des Probanden eingeschränkt ist. Die prospektive Bewegungs-Korrektur ist eine Technik, die dieses Problem angeht, indem sie Kopfbewegungen verfolgt und die Bildgebungs-Pulsfolge kontinuierlich aktualisiert, wobei die Position und Orientierung des Bildvolumens relativ zum sich bewegenden Gehirn fixiert wird. Die Genauigkeit und Präzision der aktuellen MR-kompatiblen Verfolgungssysteme und Navigator-Methoden ermöglicht die Quantifizierung und Korrektur von großräumigen Bewegungen, jedoch nicht die Korrektur von sehr kleinen unwillkürlichen Bewegungen in sechs Freiheitsgraden. In dieser Arbeit präsentieren wir ein MR-kompatibles Verfolgungssystem, das aus einer einzigen Kamera und einem einzigen 15 mm Marker besteht, der eine Verfolgungspräzision im Bereich von 10 µm und 0,01 Grad bietet. Wir zeigen vorläufige Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass das System, wenn es zur prospektiven Bewegungs-Korrektur eingesetzt wird, eine Verbesserung der Bildqualität sowohl bei 3 T als auch bei 7 T ermöglicht, selbst bei erfahrenen und kooperativen Probanden, die trainiert wurden, während der Bildgebung still zu bleiben. Außerdem berichten wir über die direkte Beobachtung und Quantifizierung des mechanischen Ballistokardiogramms (BCG) während gleichzeitiger MRT-Bildgebung. Dies ist insbesondere in Richtung Kopf-Füße offensichtlich, mit einer Peak-to-Peak-Verschiebung von 140 µm.