Effiziente und robuste Funkübertragung von Messdaten in einem Magnetresonanztomographen

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2014 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 2,0, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Institut für technische Elektronik), Sprache: Deutsch, Abstract: In der vorliegenden Arbeit werden Aspekte aufgezeigt, die für den Entwurf eines Datenübertragungssystems für Sensordaten in einem Magnetresonanztomographen relevant sind. Basierend darauf wird ein Übertragungssystem ausgewählt und der Versuch unternommen, es optimal auszulegen. Der Entwurf eines einkanaligen Demonstrators wird erläutert und die auftretenden Herausforderungen dargelegt.

Das entstandene System überträgt die Messdaten mittels Frequenzmodulation. Das gemessene Signal wird dabei in eine niedrige Zwischenfrequenz gebracht, was dazu führt, dass die Bandbreite des modulierten Trägers minimiert wird. Im Sender-Frontend wird der Träger direkt in einer hohen Frequenzlage erzeugt, was zu einem kompakten Aufbau und einer geringen Leistungsaufnahme führt. Das gesamte Sendemodul wird mit einem Akkumulator versorgt und verbraucht lediglich 447 mW. Sende- und Empfangsantennen sind jeweils Rundstrahlantennen. Damit wird die Qualität der Übertragung unabhängig von der Position und Orientierung des Sendemoduls. Als Empfänger wird ein superheterodyner Empfänger mit zwei Zwischenfrequenzen und einer Schaltmatrix zur Minimierung des Schaltungsaufwands eingesetzt.

Die Validierung des Konzepts in einem Laboraufbau zeigt, dass die gemessene Dynamik mit der jeweils berechneten gut übereinstimmt. Anhand des Demonstrators kann ein gemessenes Signal mit einer maximalen Bandbreite von 1,05 MHz und einer Signaldynamik von 149,7 dB/Hz übertragen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Dynamik der Übertragungsstrecke unter Ausnutzung von Raumdiversität meist um weniger als 1 dB sinkt, sobald das Sendemodul an verschiedenen Positionen auf einem Probanden positioniert wird. Lediglich in der Bauchregion kann die Dynamik durch Atmung beeinträchtigt werden.