Anonim
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Der Gastkolumnist Claude Gudel, leitender Ingenieur bei LEM, glaubt, dass die Entwicklung von Fluxgate-Stromwandlern zu schärferen MRT-Bildern führen kann
Die MRT ist eine leistungsstarke Medizintechnik, die die Diagnose einer Vielzahl von Krankheiten und Verletzungen revolutioniert hat und die Notwendigkeit einer explorativen Operation erheblich verringert oder in vielen Fällen beseitigt. Es liefert den Ärzten zwei- und dreidimensionale Bilder sowie einen hochgenauen Querschnitt der inneren Strukturen und Organe des Körpers eines Patienten. Die Ergebnisse der MRT-Untersuchung stützen sich auf eine breite Palette fortschrittlicher Technologien, einschließlich Präzisionsmesstechniken: Die fast unglaubliche Schärfe der Bilder, die die MRT erzeugt, hängt direkt von Messungen grundlegender elektrischer Parameter ab, die Details von Weichgewebestrukturen enthüllen.

Das Arbeitsprinzip basiert auf der kernmagnetischen Resonanz, die die magnetische Resonanz der Protonen von Wasserstoffatomen im Wasser des menschlichen Körpers erfasst: Wasser macht bis zu 70% des Körpergewichts aus. MRT beobachtet die Reaktion der Wasserstoffkerne, die sowohl durch magnetische als auch elektromagnetische Felder angeregt werden.

Die gesammelte Energie pro Volumenelement (Voxel) hängt von der Wasserverteilung im Untersuchungsort ab. So kann die MRT ein dreidimensionales Bild der Wasserverteilung im menschlichen Körper liefern. Da sich in jeder Art von Körpergewebe ein charakteristischer Anteil an Wasser befindet, können diese Gewebe und jede Verschlechterung durch Betrachtung der Veränderungen der Wasserverteilung abgebildet werden.

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Anlegen der Magnetfelder

Das statische Magnetfeld Ho muss sehr stark sein und eine sehr hohe Stabilität und Homogenität innerhalb des Volumens innerhalb der Öffnung des MRT-Scanners aufweisen, in dem der Patient liegt.

Die meisten heutigen MRTs erzeugen das statische Feld mithilfe eines supraleitenden Magneten, der sich um den Zylinder des Scanners befindet. Die Spulen des Magneten bestehen aus Niob-Titan (NbTi) -Drähten, die bei einer Temperatur von 4 K in flüssiges Helium getaucht sind.
Die Gradientenspulen überlagern Ho einen magnetischen Gradienten, um eine räumliche Codierung des Bildes bereitzustellen. Die Bildgebung findet jeweils nur in einer Ebene oder Schicht statt, und um sicherzustellen, dass nur Signale von Kernen in dieser Ebene empfangen werden, müssen nur diese Kerne in Resonanz gebracht werden.

Das Auftreten der Resonanz ist stark vom Wert des Magnetfelds Ho abhängig: Die Gradientenspulen überlagern ein Magnetfeld, um sicherzustellen, dass das endgültige Magnetfeld nur in der interessierenden Ebene genau gleich Ho ist.

Wie die Gradientenspulen arbeiten

Um einen Verlauf entlang einer Achse zu erzeugen, werden zwei Spulen benötigt. In jedem Paar fließen die Ströme in entgegengesetzte Richtungen (das Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt).

Abbildung 1: Gradientenspulen erhöhen das statische Feld an einem Ende und verringern es am anderen Ende. Sie steuern die Ebene, in der das Gesamtfeld genau den richtigen Wert hat.

Tatsächlich sind 3 Paare von Gradientenspulen um den Zylinder des MRI-Geräts angeordnet, um 3 orthogonale Magnetfelder zu erzeugen. So ist es möglich, das Magnetfeld an jedem Punkt im Volumen des Zylinders einzustellen. In einer geschlossenen Servoschleife arbeitende Gradientenverstärker treiben die Ströme in den Gradientenspulen an (Abbildung 2). Jede MRT benötigt daher drei solcher Stromregelkreise.

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Abbildung 2: Die Rückkopplung von Ausgangsstromwandlern ist von grundlegender Bedeutung, um den erforderlichen Genauigkeitsgrad des Gradientenstromverstärkers zu erzielen

Die Qualität, die Klarheit und die Auflösung der Bilder stehen in direktem Zusammenhang mit denen des angelegten Magnetfelds und daher mit denen des in die Gradientenspulen eingespeisten Stroms. Eines der Schlüsselelemente im Stromregelkreis ist die globale Genauigkeit des Stromwandlers.
Insbesondere sind die folgenden Parameter des Stromwandlers kritisch:

• Extrem niedriger Nichtlinearitätsfehler (<3 ppm vom Messbereich)
• Sehr geringes Zufallsrauschen (Niederfrequenzrauschen von 0, 1 Hz bis 1 kHz)
• Sehr geringe Abweichung und Empfindlichkeit im Temperaturbereich (<0, 3 ppm / K)
• Sehr hohe Stabilität des Versatzes gegenüber der Zeit (ein Grund dafür ist die Dauer der MRT-Untersuchungen, von denen einige mehrere zehn Minuten dauern können
• Messbereich (ca. 1000 A Spitze)
• Bandbreite (–3 dB Punkt von 200 kHz)

Um diese Leistungsniveaus zu erreichen, sind Hall-Effekt-Stromwandler, die in früheren Generationen von MRI-Scannern verwendet wurden, nicht mehr ausreichend. Die von LEM speziell für diesen Anwendungsbereich entwickelte Lösung ähnelt der Hall-Effekt-Technik, bietet jedoch erhebliche Vorteile. Es wird als Doppel-Fluxgate-Wandler mit geschlossener Schleife bezeichnet und als Typ ITL 900 bezeichnet. Obwohl die Fluxgate-Technologie seit einiger Zeit verfügbar ist, konnte LEM diese Technologie nutzen und anpassen und verbessern.