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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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MRT misst sein eigenes Hochfrequenzfeld
Neue TEM-Zelle zur Kalibrierung von E-Feldsensoren im MRT

Mit einer in der PTB entwickelten transversal elektromagnetischen (TEM-)Zelle lassen sich elektrooptische E-Feldsonden direkt in einem klinischen Magnetresonanz- Tomografen (MRT) kalibrieren. In einem ersten Testaufbau konnte eine Unsicherheit des E-Feldes bei 123 MHz bzw. 300 MHz von besser als 0,4 dB erreicht werden. Das Verfahren ist für alle gängigen Ganzkörper-MRT geeignet, da die TEM-Zelle selbst breitbandig ist.

Die rasante Entwicklung neuartiger Verfahren der Magnetresonanztomografie (MRT) erfordert u. a. die präzise Messung hochfrequenter elektromagnetischer Felder innerhalb oder in unmittelbarer Umgebung des MR-Systems. Diese Messungen dienen einerseits der Evaluierung der Performance von HF-Komponenten des MRT und andererseits der Weiterentwicklung von Konzepten zur normenkonformen Begrenzung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) im menschlichen Körper. Weitere messtechnische Herausforderungen ergeben sich bei der EMV-Prüfung von Medizinprodukten, z. B. Injektoren für Kontrastmittel oder Implantaten wie Herzschrittmacher, die im oder am Körper des Patienten betrieben werden und daher den starken gepulsten HF-Feldern des MRT ausgesetzt sind. Die Messung gepulster hochfrequenter elektromagnetischer Felder im MRT wird durch das gleichzeitige Anliegen des statischen Magnetfeldes (von 1,5 T bis 7 T) sowie starker Magnetfeldtransienten von > 50 T/s massiv erschwert. Elektrooptische HF-Feldsensoren sind für solche Messungen prinzipiell geeignet, allerdings ist ihre Kalibrierung nicht langzeitstabil, da die verwendeten optischen Komponenten (Laser, Faserstecker) stark driften.

Für eine Onsite-Kalibrierung elektrooptischer HF-Feldsensoren wurde daher eine unmagnetische offene TEM-Zelle als berechenbare Feldquelle entwickelt und für den Einsatz in starken Magnetfeldtransienten optimiert. Sie wird gemeinsam mit dem zu kalibrierenden Sensor ins MRT gebracht. Das Kalibrierverfahren basiert auf der Messung des Flipwinkels der Kernmagnetisierung einer Wasserprobe in der TEM-Zelle, welcher über Naturkonstanten direkt mit dem EFeld in der TEM-Zelle verknüpft ist. Das Besondere des neuen Verfahrens besteht darin, dass der MRT selbst als Messinstrument verwendet wird, indem die in ihm angeregten Kernspins der Wasserprotonen als „rückführbare“ Feldsensoren für eine hochfrequente Magnetfeldkomponente dienen. Dieses Messkonzept wurde direkt in der Hard- und Software des 3-Tesla-MRT der PTB bzw. des 7-Tesla- MRT in Berlin-Buch implementiert und für die Kalibrierung eines elektrooptischen E-Feldsensors verwendet. Dabei ergab sich eine Unsicherheit der Messung des E-Feldes von jeweils < 0,4 dB bei einer Frequenz von 123 MHz (3-T-MRT) bzw. 300 MHz (7-T-MRT). Der so kalibrierte Feldsensor kann dann unmittelbar für E-Feldmessungen im Tomografen und seiner Umgebung verwendet werden. Das neue Verfahren ermöglicht die Validierung von Simulationsrechnungen zur Ausbreitung hochfrequenter elektromagnetischer Felder im menschlichen Körper und eröffnet damit die Möglichkeit, zukünftigen Anforderungen aus der Normung besser zu entsprechen.

Ansprechpartner:

Frank Seifert
Fachbereich 8.1 Medizinische Messtechnik
Telefon: (030) 3481-7377
E-Mail: frank.seifert@ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Seifert, F. et al.: TEM cell for calibration of an electro-optic E-field sensor in a clinical scanner. Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 19 (2011) 3777


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2013-03-12, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF