Die Homogenität eines Magnetfelds, auch als Magnetfelduniformität bezeichnet, beschreibt die Gleichförmigkeit des Magnetfelds innerhalb eines bestimmten Volumens, d. h. ob die Magnetfeldlinien in einer Einheitsfläche identisch sind. Das betrachtete Volumen ist üblicherweise eine Kugel. Die Einheit der Magnetfelduniformität ist ppm (parts per million). Sie entspricht der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Feldstärke des Magnetfelds in einem bestimmten Volumen, dividiert durch die mittlere Feldstärke und multipliziert mit einer Million.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) erfordert eine hohe Magnetfeldhomogenität, da diese die räumliche Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis des Bildes im Bildgebungsbereich bestimmt. Eine unzureichende Magnetfeldhomogenität führt zu unscharfen und verzerrten Bildern. Die Magnetfeldhomogenität wird durch die Konstruktion des Magneten selbst und die Umgebung beeinflusst. Je größer der Bildgebungsbereich des Magneten ist, desto geringer ist die erreichbare Magnetfeldhomogenität. Die Magnetfeldstabilität ist ein Maß für die zeitliche Drift der Magnetfeldstärke. Während der Bildgebungssequenz beeinflusst die Drift der Magnetfeldstärke die Phase des wiederholt gemessenen Echosignals, was zu Bildverzerrungen und einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt. Die Magnetfeldstabilität hängt eng mit dem Magnettyp und der Qualität der Konstruktion zusammen.
Die Bestimmungen der Norm für die Magnetfeldhomogenität beziehen sich auf Größe und Form des Messraums. Üblicherweise wird ein kugelförmiger Raum mit einem bestimmten Durchmesser und dem Mittelpunkt des Magneten als Messbereich verwendet. Die Magnetfeldhomogenität wird in einem bestimmten Messraum üblicherweise als Änderungsbereich der Magnetfeldstärke (ppm-Wert) angegeben. Dabei wird die Abweichung in ppm, also einem Millionstel der Hauptmagnetfeldstärke, quantitativ ausgedrückt. Diese Einheit wird üblicherweise als ppm bezeichnet und stellt die Magnetfeldhomogenität als Absolutwert dar. Beispielsweise beträgt die Magnetfeldhomogenität innerhalb des gesamten Prüfzylinders 5 ppm. Die Magnetfeldhomogenität in einem kugelförmigen Raum mit 40 cm bzw. 50 cm Durchmesser, konzentrisch zum Magneten, beträgt 1 ppm bzw. 2 ppm. Alternativ kann dies auch so ausgedrückt werden: Die Magnetfeldhomogenität pro Kubikzentimeter im Prüfbereich beträgt 0,01 ppm. Unabhängig vom verwendeten Standard gilt unter der Annahme, dass die Größe der Messkugel gleich ist: Je kleiner der ppm-Wert, desto besser die Gleichmäßigkeit des Magnetfelds.
Bei einem 1,5-T-MRT-Gerät beträgt die Driftfluktuation der Magnetfeldstärke, dargestellt durch eine Abweichungseinheit (1 ppm), 1,5 × 10⁻⁶ T. Anders ausgedrückt: In einem 1,5-T-System bedeutet eine Magnetfeldhomogenität von 1 ppm, dass das Hauptmagnetfeld, bezogen auf die Magnetfeldstärke von 1,5 T, eine Driftfluktuation von 1,5 × 10⁻⁶ T (0,0015 mT) aufweist. Bei MRT-Geräten mit unterschiedlichen Feldstärken variiert die Variation der Magnetfeldstärke, dargestellt durch eine Abweichungseinheit bzw. einen ppm-Wert, natürlich. Daher können Systeme mit niedrigeren Feldstärken geringere Anforderungen an die Magnetfeldhomogenität stellen (siehe Tabelle 3-1). Mit dieser Regelung lässt sich der Homogenitätsstandard nutzen, um Systeme mit unterschiedlichen Feldstärken oder auch Systeme mit gleicher Feldstärke einfach zu vergleichen und so die Leistung des Magneten objektiv zu bewerten.
Vor der eigentlichen Messung der Magnetfeldhomogenität muss der Mittelpunkt des Magneten genau bestimmt werden. Anschließend wird die Sonde des Feldstärkemessgeräts (Gaußmeter) auf der Raumkugel mit einem bestimmten Radius positioniert und die Magnetfeldstärke Punkt für Punkt gemessen (24-Ebenen-Methode, 12-Ebenen-Methode). Schließlich werden die Daten verarbeitet, um die Magnetfeldhomogenität im gesamten Volumen zu berechnen.
Die Homogenität des Magnetfelds ändert sich mit der Umgebung. Selbst wenn ein Magnet vor Verlassen des Werks einen bestimmten Standard (werkseitig garantierten Wert) erreicht hat, verändert sich seine Homogenität nach der Installation aufgrund von Umwelteinflüssen wie magnetischer (Selbst-)Abschirmung, HF-Abschirmung (Türen und Fenster), Hohlleiterplatten (Rohre), Stahlkonstruktionen zwischen Magneten und Trägern, Dekorationsmaterialien, Beleuchtungskörpern, Lüftungsrohren, Feuerlöschleitungen, Notabluftventilatoren und mobilen Geräten (auch Autos und Aufzügen) in der Nähe von darüber- und darunterliegenden Gebäuden. Daher sollte die Frage, ob die Homogenität den Anforderungen der Magnetresonanztomographie entspricht, anhand der tatsächlichen Messergebnisse zum Zeitpunkt der Endabnahme beurteilt werden. Die passive und aktive Feldnivellierung der supraleitenden Spule durch den Installationstechniker des Magnetresonanzgeräteherstellers im Werk oder Krankenhaus sind die wichtigsten Maßnahmen zur Verbesserung der Magnetfeldhomogenität.
Um die erfassten Signale während des Scanvorgangs räumlich zu lokalisieren, muss das MRT-Gerät zusätzlich zum Hauptmagnetfeld B0 ein Gradientenmagnetfeld △B mit kontinuierlichen und zunehmenden Änderungen überlagern. Es ist anzunehmen, dass das auf ein einzelnes Voxel überlagerte Gradientenmagnetfeld △B größer sein muss als die durch das Hauptmagnetfeld B0 verursachte Magnetfeldabweichung oder -drift. Andernfalls würde es das oben genannte räumliche Positionierungssignal verändern oder sogar aufheben, was zu Artefakten führen und die Bildqualität mindern würde.
Je größer die Abweichung und Drift des vom Hauptmagnetfeld B0 erzeugten Magnetfelds ist, desto schlechter ist dessen Homogenität, desto geringer die Bildqualität und desto direkter ist dies mit der Lipidkompressionssequenz (die Resonanzfrequenzdifferenz zwischen Wasser und Fett im menschlichen Körper beträgt nur 200 Hz) und dem Erfolg der Magnetresonanzspektroskopie (MRS) verknüpft. Daher ist die Magnetfeldhomogenität einer der wichtigsten Indikatoren zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von MRT-Geräten.
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Veröffentlichungsdatum: 28. März 2024
