Netzteile für Magnetresonanztomographie
Teil 2: Wechselwirkungen MRT und Stromversorgung
Fachbeitrag | Um Störungen zu vermeiden, ist die beste Vorgehensweise bei der Stromversorgung von MRT-Geräten, nur Gleichspannung zu verwenden, auch für die Beleuchtung. Die Hauptstromversorgung wird dabei traditionell außerhalb des geschirmten Betriebsraums positioniert - das war nicht immer so.
Rückblick Im ersten Teil haben wir uns mit den physikalischen Grundlagen eines MRTs befasst, vom Aufbau des menschlichen Körpers über die magnetischen Felder im MRT bis hin zu der Frage »Wie so ein MRT-Bild« eigentlich entsteht. Verpasst? Kein Problem, den Beitrag finden Sie hier. |
Um die Spannung von der DC-Hauptleitung an die spezifische Last anzupassen (zum Beispiel 24 VDC auf 12 VDC), verwendete die alte Generation der MRT-Geräte eine große Auswahl an linearen Spannungsreglern. Das reduzierte zwar das Risiko von Störungen, wies jedoch technologiebedingt eine sehr niedrige Energieeffizienz und eine hohe Verlustleistung auf.
Für neue Gerätegenerationen, die mehr Leistung und bessere Energieeffizienz verlangen, wurden Schaltleistungsregler eingeführt, die zwar die Energieeffizienz verbesserten, aber zu einer Quelle möglicher Störungen wurden. Wenn die Stromversorgung weit genug von B0 und empfindlichen Geräten entfernt ist, kann man durch eine effiziente Abschirmung und Erdungsmaßnahmen solche Störungen verhindern. Befindet sich die Stromversorgung hingegen in der Nähe oder sogar innerhalb von B0, stehen die Netzteilentwickler vor echten Herausforderungen.
Auswirkungen der MRT auf die Stromversorgung
Auch bei einem DC-DC-Wandler wird die Eingangsgleichspannung zunächst in eine Wechselspannung umgewandelt und anschließend wieder gleichgerichtet. Während des Umwandlungsprozesses speichert ein Transformator, der aus einer oder mehreren Spulen und üblicherweise aus einem Ferritkern besteht, die übertragene Energie. Die hohe Dichte von B0 interagiert direkt mit allen ferromagnetischen Komponenten, sättigt den Eisenkern, macht eine Übertragung der Energie unmöglich und wird sogar zu einem Kurzschluss.
Die Gradientenfeldfrequenz entspricht weitgehend der durchschnittlichen Schaltfrequenz konventioneller Stromversorgungen, ist aber induzierend für den »current storm effect« in Kabeln und leitfähigen Bereichen. Dies wirkt sich auch auf die Schaltleistungen der Leistungsstufe aus, was zu Signalverzerrungen, Hitze und in den meisten Fällen zu Kurzschlüssen der Schaltkomponenten führt.
Aufgrund der viel höheren Frequenz des HF-Feldes und der geringeren Beeinträchtigung der Stromversorgung durch induzierte Ströme können die gleichen Randeffekte auftreten wie beim B1-Feld.
Auswirkungen der Stromversorgung auf den MRT
Die Protonen der Wasserstoffkerne drehen sich mit der sogenannten Larmorfrequenz um die eigene Achse. Diese Frequenz ist mit 42.58 MHz/Tesla zwar sehr hoch und weit von der typischen Schaltfrequenz eines Spannungswandlers entfernt, dennoch können dessen Oberwellenspikes das Signal stören und als Konsequenz Abbildungsfehler verursachen und damit die Bildqualität und Auflösung beeinträchtigen.
Da die Schaltfrequenz der Standardnetzteile mit 100 kHz im gleichen Bereich wie die des Gradientenfeldes liegt, kann es zu Störungen des Signals kommen, das von der Gradientenschleife erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass das kodierte Signal modifiziert wird und es dadurch zu Abbildungsfehlern kommt.
Im Falle von HF können die Oberwellen des grundlegenden Schaltnetzteils die HF-Spulenschleife stören. Eine solche Änderung des MRT-HF-Signals kann Auswirkungen auf die Bildqualität haben.
Autor: Patrick Le Fèvre ist Chief Marketing and Communication Officer bei Powerbox
Schlagworte: Magnetresonanztomographie, MRT, Stromversrogung
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