Erweiterung von CONCEPT-II zur effizienten Modellierung verschiedener Spulentypen

Heinz-D. Brüns, Angela Freiberg, Dennis Zappe. 01.01.2017 – 31.03.2017

Heute haben wir eine wachsende Nachfrage bezüglich der numerischen Analyse des elektromagnetischen Verhaltens verschiedener Arten von Spulen. Ein Beispiel ist die drahtlose Energieübertragung, bei der eine wirksame Kopplung über eine Luftspalt gefordert ist. Weitere Beispiele beziehen sich auf Varianten der medizinischen Bildgebung wie „Magnetic Particle Imaging“ (MPI) oder bildgebende Kernspintomografie (Magnetic Resonance Imaging, MRI), wo Spulen zur Erzeugung der benötigten H-Feldverteilungen eingesetzt werden. Das am Institut entwickelte Werkzeug CONCEPT-II – ein Programmpaket zur Lösung elektromagnetischer Strahlungs- und Streuprobleme – kann zur Berechnung von Strömen, Verlusten und Feldern benutzt werden, die von Stab- oder Flächenstrukturen herrühren. Bislang war das Generieren entsprechender Modelle eine komplizierte und zeitaufwändige Aufgabe. Das Ziel des Projektes war es, ein Werkzeug in CONCEPT-II bereit zu stellen, welches eine schnelle Diskretisierung von Spulen ermöglicht, die in den erwähnten Anwendungen oder anderen technischen Anwendungen auftreten.

Eine Rogowski Spule, erzeugt aus kurzen Drahtsektionen.

Die H-Feldverteilung einer kurzen zylindrischen Spule.

Analyse von Sende- und Empfangsantennen der Magnetresonanztomographie mit der Momentenmethode und Volumensegmentierung

Promotion Christian Findeklee. Abgeschlossen 12.2012

Rechenleistung und Arbeitsspeicher moderner Systeme sind heute in der Lage, elektromagnetische Wechselwirkungen von heterogenen Objekten mit komplexen Antennenstrukturen zu simulieren. In dieser Arbeit wurde die Segmentierung des Volumenstroms mit einer portbasierten Formulierung der Momentenmethode kombiniert. Dabei wurden neue Erkenntnisse zu dieser Methode gewonnen und die Ankopplung einer mehrfach resonanten Kopfspule für die Magnetresonanztomographie untersucht.

Birdcage-Kopfspule mit Patientenmodell zur Simulation mit Volumenströmen. (Der zylindrische HF-Schirm ist nicht mit dargestellt.)

Zirkular polarisiertes Feld im Inneren des Patienten bei Quadraturspeisung der Kopfspule: Die Ellipsen beschreiben den Verlauf des transversalen Magnetfeldes im Laufe einer Periode (ca. 8ns).

Relevante Publikationen:

Christian Findeklee
Analyse von Sende- und Empfangsantennen der Magnetresonanztomographie mit der Momentenmethode und Volumensegmentierung
Dissertation 2012. Shaker Verlag Aachen. 2012 (ISBN 978-3-8440-1659-8)

Christian Findeklee, Hanno Homann, Heinz-Dietrich Brüns, Hermann Singer
SAR-optimized coil design via post processing port based simulations in the moment method (MoM)
28th Annual Meeting of European Society for Magnetic Resonance in Medicine and Biology (ESMRMB); Leipzig, Germany, October 6-8, 2011

Christian Findeklee
Array Noise Matching – Generalization, Proof and Analogy to Power Matching
IEEE Transaction Antennas Propagation, vol. 59, No. 2, pp. 452-459, February 2011.

Christian Findeklee, Randy Duensing, Arne Reykowski
Simulating Array SNR & Effective Noise Figure in Dependance of Noise Coupling
19th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), 2011.

Christian Findeklee
Improving SNR by Generalizing Noise Matching for Array Coils
17th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), p. 507, Honululu, HI, USA, April 2009.

Christian Findeklee, Gesa Lilith Franke, Ulrich Katscher
A Probe for Electric Properties of Phantom Liquids
17th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), p. 2939, Honululu, HI, USA, April 2009.

Christian Findeklee, Ulrich Katscher
3D MRI-based Electric Properties Tomographie Reconstruction using Volume Currents in the Method of Moments
16th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), p. 1178, Toronto, Ontario, Canada, May 2008.

Christian Findeklee
Optimal Noise Matching for Array Antennas
Technical Report PR-TN 2008/00431, Koninklijke Philips Electronics N.V., 2008.

Christian Findeklee, Jens Eichmann, Peter Vernickel
Decoupling of a Multi Channel Transmit/Receive Coil Array via Impedance Inversion
15th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), p. 1020, Berlin, Germany, May 2007.

Christian Findeklee, Daniel Wirtz
Noise Coupling in parallel MRI Receive Coils
Technical Report PR-TN 2006/01086, Koninklijke Philips Electronics N.V., 2007.

Christian Findeklee, Christoph Leussler, Michael Morich, Gordon Demeester
Efficient Design of a novel Double Tuned Quadrature Headcoil for Simultaneous ¹H and ³¹P MRI/MRS at 7T
13th Annual Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM), p. 891, South Beach, Miami, Florida, USA, May 2005.

Christian Findeklee
Efficient Eigenmode Calculation of Electromagnetic Structures by Extrapolating a Port Model from only a few Frequencies
21th Annual Meeting of European Society for Magnetic Resonance in Medicine and Biology (ESMRMB) , no. 224, p. 386, September 2004.

Christian Findeklee, Heinz-Dietrich Brüns; Hermann Singer
Electromagnetic Simulation in Anisotropic and Inhomogeneous Media by Volume Currents in the Moment Method
European Electromagnetics Symposium (EUROEM) , HPEM 5-1, Magdeburg, Germany, 2004.