Kardio-vaskuläre Magnetresonanztomographie am bewegten Fetus

Kongenitale Herzdefekte und die intrauterine Wachstumsrestriktion gehören zu den häufigsten fetalen Pathologien. Der Goldstandard zur Darstellung des fetalen Herzens ist die fetale Echokardiographie, die jedoch durch verschiedene Faktoren limitiert werden kann. Eine während der Schwangerschaft alternative Bildgebung stellt fetale kardiovaskulären Magnetresonanztomographie dar. Dies erfordert jedoch Synchronisation von Herzbewegung und Bildgebung. Das bei Erwachsenen hierfür gebräuchliche EKG ist aber für die Ableitung des fetalen Herzschlages nicht anwendbar.

Im Rahmen von DFG und EXIST geförderten Projekten wurde eine alternative Trigger Methode auf Basis von Doppler Ultraschall (DUS) entwickelt, deren Zuverlässigkeit jedoch durch zufällige fetalen Bewegungen beeinträchtigt wird.

Im Rahmen des Vorhabens sollte eine Technik auf Basis von Ultraschall entwickelt werden, die eine adaptive Datenerfassung und Auswertung der zufälligen Bewegungen des Feten kompensieren und pathologische Herzsignale eines Feten im MRT analysieren kann.

Ein wichtiger Aspekt des Vorhabens war die Untersuchung der aktuellen Probleme der DUS Methode. Hierzu wurden detaillierte Untersuchungen der verwendeten Ultraschallköpfe angestellt und die Empfindlichkeit der Köpfe analysiert und verglichen. In einer umfangreichen Studie wurden verschiedene Bewegungsmuster identifiziert und mit einem Roboter abgefahren, um so ihren Einfluss auf das Verfahren zu untersuchen.
Die Ergebnisse der etablierten Köpfe wurden daraufhin mit neu entwickelten Ultraschallköpfen verglichen. Hierbei wurden Köpfe mit gezielter Ansteuerung einzelner Piezos sowie deformierbare Ultraschall-„matten“ und deren Kombination betrachtet.

Parallel wurde der Einfluss von respiratorischer Bewegung durch die Mutter auf das Signal betrachtet. Ein neues modellbasiertes Verfahren wurde eingesetzt, um in realitätsnahen Simulationen mit einem Roboter respiratorische Bewegungen von fetaler Bewegung zu differenzieren.

Die Vermessung der Ultraschallfelder ergab starke Inhomogenitäten. Während eine gezielte Ansteuerung der Piezos geeignet ist, diese zu reduzieren, hat sich die technische Umsetzung als problematisch erwiesen. Insbesondere die Ansteuerung und Abschirmung der verschiedenen Datenleitungen im MRT ist problematisch.

Bei dem veränderlichen US-Feld der Matten konnte die Bildung von Fokuspunkten nicht ausgeschlossen werden, so dass diese für eine Anwendung beim Menschen nicht praktikabel erscheinen.

Stattdessen wurde in einem weiteren Projekt in Kooperation mit Frauenhofer-Institut ein neuartiger US-Kopf mit singulärem übergroßen Piezo entwickelt. Das Ziel dieser Entwicklung war es ein homogenes Ultraschallfeld zu generieren und damit ein stabileres Signal zu gewährleisten.
In einer roboterbasierten Bewegungssimulation konnte verlässlich respiratorische und fetale Bewegung mit den entwickelten Verfahren unterschieden werden.