Magnetresonanztomographie (MRT) Systemkomponenten ...
Magnetresonanztomographie (MRT) Systemkomponenten ...
Magnetresonanztomographie (MRT) Systemkomponenten ...
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Komponenten eines <strong>MRT</strong>- Systems
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Komponenten eines <strong>MRT</strong>- Systems<br />
• starker Magnet zur Erzeugung des statischen homogenen Magnetfeldes<br />
(0,1 - 4,0 Tesla; zum Vergleich: Erdmagnetfeld 30 µT - 60 µT)<br />
• Hochfrequenzanlage und Sendespule zur Erzeugung eines periodischen<br />
Magnetfeldes zur Anregung<br />
• Gradientenspulen zur Erzeugung von magnetischen Feldgradienten für<br />
die Ortskodierung (~ 40 mT/m)<br />
• Empfangsspulen für die Hochfrequenzsignale<br />
• Rechner zur Steuerung der Anlage<br />
• Bedienungskonsole zur Ein- und Ausgabe von Daten und Funktionskontrolle
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong>
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet<br />
Größte und schwerste Teil des Tomographen (typisch: 5 – 10 Tonnen)<br />
Magnetisierung im Körper ~ Feldstärke<br />
⇒ Verbesserung Signal-Rausch-Verhältnis ~ Feldstärke<br />
Aber: mit zunehmender Feldstärke:<br />
- Verlängerung der T 1 -Zeit<br />
- Verlängerung der Acquisitionszeit<br />
- Erhöhung der chemischen Verschiebung ⇒ mehr Artefakte<br />
chemische Verschiebung:<br />
- Verschiebung der Resonanzfrequenz eines Kerns in Abh. von der<br />
chemischen Bindung (z.B. Molekülstruktur)<br />
- Abschwächung des angelegten Magnetfeldes durch e - - Hülle<br />
proportional zur Magnetfeldstärke
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet<br />
bei ω 0 >40 MHz: Abschattungen wg. Skin-Effekt !!!<br />
(d.h., Schwächung des äußeren Feldes durch vom HF-Wechselfeld induzierte Ströme)
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet<br />
gleiche<br />
Meßparameter<br />
unterschiedlicher<br />
Bildeindruck<br />
aufgrund<br />
feldabh.<br />
Signal-Rauschen-<br />
Verhältnis<br />
0,2 T<br />
1,0 T<br />
1,5 T<br />
Meßparameter<br />
auf Feldstärke<br />
optimiert<br />
gleichbleibender<br />
Bildeindruck
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet - Anforderungen<br />
Forderung Bereich** Problem<br />
Homogenität 1ppm (20 cm Kugel) T 2 verkürzt<br />
10 ppm (40 cm Kugel) Bildverzeichnungen<br />
Langzeitstabilität 0,1 ppm / h Weglaufen der Larmorfrequenz<br />
Kurzzeitstabilität Weglaufen der Phasenkodierung<br />
Streufeld 0,5 mT-Linie* Funktion anderer Geräte gestört<br />
in Querrichtung bei 3 m (z.B. Herzschrittmacher)<br />
in Längsrichtung bei 5 m Gefahr durch Anziehung von Eisen<br />
* 0,5 mT = Herzschrittmachergrenze<br />
**angegebene Werte sind Größenordnungen
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>)
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>)
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet<br />
am besten geeignet: supraleitende Magneten<br />
Typisch: Zylinder-Spulen, Patient im Zentrum<br />
Multi-Filament-Draht: Niob-Titan-Legierung (in Kupfer-Matrix eingebettet)<br />
- ein Draht besteht aus ~ 30 Fäden (Durchmesser je 0,1 mm)<br />
- Durchmesser der Cu-Matrix: ~ 2mm<br />
- für 1T Feldstärke: 10 km Drahtlänge bei mittlerem Radius von 550 mm<br />
- verlustfreie Führung von Strömen bis zu 500 A (typisch: 200 A)<br />
- gespeicherte magn. Feldenergie ~ 4 MJ (bei 200 A)<br />
Nb-Ti unterhalb T c ~ 4.2 K (flüssiges Helium) supraleitend:<br />
- einmal eingespeister Strom bleibt fast unverändert bestehen<br />
Meißner-Ochsenfeld-Effekt:<br />
- sehr gute Abschirmung störender äußerer Magnetfelder
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet („Aufladen“)<br />
Wegen U=L . dI/dt kann Magnet in einer Stunde „aufgeladen“ werden:<br />
Beispiel:<br />
- verwende Quelle mit 10 V, 200 A, 2000 W<br />
- Aufheizen einer Kurzschlussbrücke im Magneten über Tc<br />
- wenn Strom von z.B. 200 A erreicht, abschalten der Heizung<br />
- Magnetspule wird vollständig supraleitend<br />
- Stromquelle kann entfernt werden
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Magnet (Shimming)<br />
- Magnet hat nach Abkühlen oder Ortswechsel nicht geforderte hohe<br />
Homogenität<br />
- Feldabgleich (Shimming) durch Anbringen von Eisenblechen und/oder<br />
Korrektur mit speziellen Shim-Spulen<br />
- Feld im offenen Innenbereich des Magneten muss Laplace-Gleichung<br />
r r<br />
r v<br />
erfüllen. Es gilt:<br />
∇xB = 0 und<br />
∇<br />
⋅ B<br />
= 0<br />
r r r r r r r r<br />
- Allgemein gilt:<br />
∇x( ∇xB)<br />
=<br />
∇<br />
⋅(<br />
∇<br />
⋅ B)<br />
−<br />
ΔB<br />
⇒<br />
ΔB<br />
= 0<br />
- Lösungen für B z durch Entwicklung in Kugelflächenfunktionen<br />
- durch Messung von B z auf zentraler Achse und auf Kugel (verschiedene<br />
Winkel θ und ϕ) Bestimmung der ersten Koeffizienten der Reihe<br />
- Kompensation aller Koeffizienten durch Eisenbleche und Shim-Spulen
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Gradientenspulen (I)<br />
schnelles Schalten der Gradientenspulen verursacht laute Klopfgeräusche !!<br />
(mechanische Kräfte auf Spulen wie bei Lautsprecher)<br />
schnelle<br />
Puls-Sequenzen:<br />
bis zu 20 mT/m<br />
kleine Induktivität:<br />
schnelles Schalten<br />
aber: kleine<br />
Windungszahlen!!
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Gradientenspulen (II)<br />
am häufigsten verwendete Spulenformen<br />
G x -Spule um 90° gedreht<br />
r μ<br />
⋅ I<br />
= 3<br />
4πr<br />
0<br />
Berechnung des Feldes nach Biot-Savart-Gesetz: dB<br />
⋅ r<br />
× dI<br />
r<br />
r
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Gradientenspulen (III)<br />
1984: Jedi-Helmets
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Gradientenspulen (IV)<br />
Kompensation von Wirbelstrom-Effekten<br />
(viele Bauteile des Magneten aus Aluminium → Wirbelströme !!)
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Sende-/Empfangsspulen (I)<br />
Anforderungen:<br />
- Erzeugung und Detektion eines rotierendes B-Feldes quer zur Längsrichtung<br />
des Magneten (z-Achse)<br />
- Frequenz abh. von B 0<br />
(21,3 MHz bei 0,5 T; 42,6 MHz bei 1 T; 63,9 MHz bei 1,5 T)<br />
- homogene Anregung (gleichmäßige Flipwinkel)<br />
Probleme:<br />
- Spulenabmessungen > Wellenlänge<br />
- leitende Teile zeigen parasitäre Leitungskapazitäten und Induktivitäten<br />
- Impedanzanpassung an Sender/Empfänger
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Sende-/Empfangsspulen (II)<br />
Sattel-Spule „Birdcage“-Spule<br />
sehr kleine Magnetfeldstärken<br />
bzw.<br />
sehr niedrige Frequenzen<br />
(Prinzip: Helmholtz-Spulenpaar)<br />
hohe Magnetfeldstärken<br />
bzw.<br />
hohe Frequenzen<br />
(Prinzip: sinusförmige Stromverteilung<br />
auf Zylindermantel erzeugt<br />
homogenes Feld im Innern)<br />
Dimensionierung der Spule so, dass Rauschen möglichst klein<br />
Es gilt: je kleiner der Erfassungsbereich der Spule, desto geringer das Rauschen !!
<strong>Magnetresonanztomographie</strong> (<strong>MRT</strong>) <strong>Systemkomponenten</strong><br />
Sende-/Empfangsspulen (III)<br />
Quelle: Siemens + Philips
Change language