Magnetresonanz-Tomographie
So entstehen scharfe Bilder
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
So entstehen scharfe Bilder
Genau dieses FID-Signal wird vom MRT-Computer zu einem dreidimensionalen Bild oder einem Schnittbild verarbeitet (Bild 5).
Das statische Magnetfeld H0 muss sowohl sehr stark als auch über das Volumen innerhalb der Öffnung des MRT-Scanners, wo der Patient liegt, sehr stabil und homogen sein
Meist erzeugen moderne MRT-Scanner das statische Feld mit einem supraleitenden Magneten, der um den Zylinder des Scanners herum angeordnet ist.
Die Spulen des Magneten bestehen aus Niob-Titan-Drähten (NbTi), die in flüssigem Helium bei einer Temperatur von 4 K (etwa -269 °C) gelagert sind.
Um eine räumliche Kodierung für das Bild zu ermöglichen, überlagern die Gradienten-Spulen das Feld H0 mit einem magnetischen Gradienten.
Die Bilderfassung erfolgt jeweils nur in einer einzigen Ebene oder Scheibe, sodass nur die Atomkerne in dieser Ebene in Resonanz geraten.
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Das Auftreten der Resonanz hängt stark ab vom Wert des Magnetfelds H0:
Die Gradienten-Spulen legen ein zusätzliches Magnetfeld über das bestehende und gewährleisten damit, dass das endgültige Magnetfeld nur in der interessierenden Ebene genau gleich H0 ist.
Um einen Gradienten entlang einer Achse zu erzeugen, benötigt man jeweils zwei Spulen.
In jedem Paar fließen die Ströme in entgegengesetzte Richtungen (Funktionsprinzip siehe Bild 6).
In der Praxis sind drei Paare von Gradienten-Spulen rund um den Zylinder des MRT-Scanners angeordnet, um drei orthogonale magnetische Felder zu erzeugen.
Dadurch lässt sich das magnetische Feld an einem beliebigen Punkt im Volumen des Zylinders einstellen.
Die Ströme für die Gradienten-Spulen (siehe Bild 7) werden von Gradienten-Verstärkern gesteuert, die in einer geschlossenen Servo-Schleife arbeiten.
Jeder MRT-Scanner benötigt daher drei solche Strom-Steuerschleifen.
Funktion der Gradienten-Spulen
Aus dem oben beschriebenen MRTFunktionsprinzip ergibt sich, dass Qualität, Klarheit und Auflösung der Bilder direkt mit den Parametern des angelegten magnetischen Felds verknüpft sind und damit auch mit der Genauigkeit der an die Gradienten-Spulen angelegten Ströme.
Einer der entscheidenden Punkte in der Strom-Steuerschleife ist die Gesamtgenauigkeit des Stromsensors.
Dabei sind vor allem die folgenden Stromwandler-Parameter entscheidend:
- Extrem geringer Nichtlinearitätsfehler (unter 3 ppm des Messbereichs),
- sehr geringes Rauschen (niederfrequentes Rauschen zwischen 0,1 Hz und 1 kHz),
- sehr geringe Driftwerte für Offset und Empfindlichkeit über den gesamten Temperaturbereich (unter 0,3 ppm/K),
- sehr hohe Stabilität des Offset über die Zeit (ein Grund dafür ist die Dauer von MRI-Scans von zehn Minuten und länger),
- Messbereich (etwa 1000 A Spitzenstrom) und
- Bandbreite (3-dB-Eckfrequenz bei 200 kHz).
Um ein solches Leistungsniveau zu erreichen, sind Hall-Effekt-Stromwandler, die in früheren Generationen von MRT-Scannern eingesetzt wurden, nicht mehr ausreichend. Die von LEM hauptsächlich für diesen Einsatzbereich entwickelte Lösung hat gewisse Ähnlichkeiten mit der Hall-Effekt-Technik, bietet aber wichtige Vorteile.
Bei der neuen Technik handelt es sich um einen Double-Fluxgate-Transducer mit geschlossener Regelschleife vom Typ »ITL 900«, dessen Messbereich ±900 A beträgt. Der Linearitätsfehler (εL) im Betriebstemperaturbereich von +10 °C bis +50 °C ist kleiner gleich 3 ppm.
Zudem besitzt der Stromwandler eine Offset-Stabilität von weniger als 0,5 ppm über die Dauer von vier Stunden, und der Offsetstrom-Temperaturkoeffizient (TCIOE) beträgt weniger als 0,3 ppm/K. Durch die Kleinsignalbandbreite des Stromwandlers von mehr als 200 kHz (-3 dB) lassen sich auch schnelle Stromtransienten erfassen.
Zu den weiteren Vorteilen zählen eine vernachlässigbare Selbstmagnetisierung, eine hohe Überlastfähigkeit und die galvanische Isolierung zwischen dem primären Messkreis und der sekundärseitig nachgeschalteten Elektronik. Der ITL 900 weist ein Weißes Rauschen von weniger als 15 μAteff und ein kohärentes Rauschen von weniger als 50 μAteff bei 50 Hz oder 60 Hz auf.
Der ITL 900 arbeitet mit einem internen Takt, der auch mit einem externen Taktsignal synchronisierbar ist. Dadurch erhöht sich die Immunität gegen periodisches Rauschen. In ihrer gegenwärtigen Form ist die Technologie auf einen relativ engen Betriebstemperaturbereich beschränkt (typisch +10 °C bis +50 °C).
LEM denkt aber, dass sich die Technologie weiter entwickeln lässt. Damit könnten Double-Fluxgate-Transducer für die Zukunft des MRT-Scannens eine ähnliche Bedeutung erlangen wie der Hall-Effekt-Wandler bei der Einführung dieses Verfahrens.
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