Spule (MRT)
Synonym: MRT-Spule
Englisch: coil
Definition
Die Spule ist ein zentrales Bauelement der Magnetresonanztomographie, das elektromagnetische Felder erzeugt oder detektiert. Je nach Funktion unterscheidet man vor allem Hochfrequenzspulen und Gradientenspulen. Hochfrequenzspulen dienen der Anregung und/oder dem Empfang des MR-Signals, während Gradientenspulen räumlich variierende Magnetfelder zur Ortskodierung erzeugen.
Physikalischer Hintergrund
Die MRT beruht auf dem Zusammenspiel mehrerer elektromagnetischer Komponenten. Neben dem Hauptmagneten, der das statische Magnetfeld B0 erzeugt, sind Spulen für die Bildentstehung essenziell. Sie ermöglichen die gezielte Beeinflussung und Auswertung der Kernspinmagnetisierung.
Einteilung
MRT-Spulen lassen sich funktionell in zwei Hauptgruppen einteilen:
Hochfrequenzspule
Hochfrequenzspulen, kurz HF-Spulen, arbeiten im Bereich der Larmorfrequenz. Sie erzeugen ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld (B1-Feld) zur Anregung der Kernspins und/oder empfangen das von den angeregten Spins ausgesendete MR-Signal.
HF-Spulen können weiter unterteilt werden in:
- Sendespulen
- Empfangsspulen
- Sende-Empfangs-Spulen
- Oberflächenspulen
- Volumenspulen
- Phased-Array-Spulen
Sie beeinflussen besonders das Signal-Rausch-Verhältnis, die Signalhomogenität, die räumliche Auflösung und die Artefaktanfälligkeit. Darüber hinaus gibt es für spezifische Untersuchungsindikationen Spezialspulen wie Brustspule, Kniespule, Kopfspule und Endorektalspule.
Gradientenspule
Gradientenspulen erzeugen kurzzeitig magnetische Feldgradienten in den drei Raumrichtungen. Diese Gradienten verändern die lokale Magnetfeldstärke und damit die Präzessionsfrequenz der Protonen ortsabhängig. Gradientenspulen ermöglichen insbesondere die Schichtselektion, Frequenzkodierung und Phasenkodierung sowie schnelle Bildgebungsverfahren und die Diffusionskodierung. Sie sind damit für die räumliche Zuordnung des MR-Signals und die Bildrekonstruktion unverzichtbar.
Die schnellen Stromänderungen in den Gradientenspulen führen durch Lorentzkräfte zu mechanischen Schwingungen und zur typischen Geräuschentwicklung der MRT.
Klinische Relevanz
Die klinische Relevanz von MRT-Spulen liegt vor allem in ihrem direkten Einfluss auf die Bildqualität. Eine passend ausgewählte und korrekt positionierte Spule verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und ermöglicht dadurch detailreichere, kontrastreichere und diagnostisch besser verwertbare Bilder. Besonders lokale Oberflächen- und Phased-Array-Spulen liefern in der Nähe des Untersuchungsgebietes ein hohes Signal, wodurch kleinere anatomische Strukturen, pathologische Veränderungen und feine Gewebedifferenzen besser erkennbar werden.
Ein hohes SNR kann außerdem genutzt werden, um entweder die räumliche Auflösung zu erhöhen, die Messzeit zu verkürzen oder robustere Sequenzen einzusetzen. Umgekehrt führen ungeeignete Spulenwahl, falsche Lagerung oder defekte Spulenelemente zu Signalverlust, Inhomogenitäten, Artefakten und eingeschränkter diagnostischer Aussagekraft. Die korrekte Spulenwahl ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Untersuchungsplanung in der klinischen MRT.
Literatur
- Gruber et al. (2018). RF coils: A practical guide for nonphysicists. Journal of magnetic resonance imaging, 48(3), 590-604.
- Kwok, W. E. (2022). Basic principles of and practical guide to clinical MRI radiofrequency coils. RadioGraphics, 42(3), 898-918.