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Die
Erfindung betrifft ein dielektrisches Element zur Positionierung
an einem Untersuchungsobjekt zur lokalen Beeinflussung der B1-Feldverteilung während einer Magnetresonanzaufnahme.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen
eines Untersuchungsobjekts, bei dem am Untersuchungsobjekt zur lokalen
Beeinflussung der B1-Feldverteilung ein
entsprechendes dielektrisches Element positioniert wird sowie eine
Verwendung des dielektrischen Elements zur Homogenisierung eines
B1-Feldes
eines Magnetresonanzgeräts.
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Bei
der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt,
handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur
Gewinnung von Bildern vom Körperinneren
eines lebenden Untersuchungsobjekts. Um mit diesem Verfahren ein
Bild zu gewinnen, d. h. eine Magnetresonanzaufnahme eines Untersuchungsobjekts
zu erzeugen, muss zunächst
der Körper
bzw. der zu untersuchende Körperteil
des Patienten einem möglichst
homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B
0-Feld
bezeichnet) ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten
der Magnetresonanz-Messeinrichtung erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld
werden während
der Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnellgeschaltete Gradientenfelder
zur Ortskodierung überlagert,
die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Außerdem werden mit einer Hochfrequenzantenne
HF-Pulse einer definierten Feldstärke in das Untersuchungsvolumen
eingestrahlt, in dem sich das Untersuchungsobjekt befindet. Die
magnetische Flussdichte dieser HF-Pulse wird üblicherweise mit B
1 bezeichnet.
Das pulsförmige
Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz B
1-Feld
genannt. Mittels dieser HF-Pulse werden die Kernspins der Atome
im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen sogenannten "Anre gungsflipwinkel" (im Folgenden auch
kurz "Flipwinkel" genannt) aus ihrer Gleichgewichtslage,
welche parallel zum Grundmagnetfeld B
0 verläuft, ausgelenkt
werden. Die Kernspins präzedieren
dann um die Richtung des Grundmagnetfelds B
0.
Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen
aufgenommen. Bei den Empfangsantennen kann es sich entweder um die
gleichen Antennen, mit denen auch die Hochfrequenzpulse ausgestrahlt
werden, oder um separate Empfangsantennen handeln. Die Magnetresonanzbilder
des Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis der empfangenen
Magnetresonanzsignale erstellt. Jeder Bildpunkt im Magnetresonanzbild
ist dabei einem kleinen Körpervolumen,
einem sogenannten "Voxel", zugeordnet und
jeder Helligkeits- oder Intensitätswert
der Bildpunkte ist mit der aus diesem Voxel empfangenen Signalamplitude
des Magnetresonanzsignals verknüpft.
Der Zusammenhang zwischen einem resonant eingestrahlten HF-Puls
mit der Feldstärke
B
1 und dem damit erreichten Flipwinkel α ist dabei
durch die Gleichung
gegeben, wobei γ das gyromagnetische
Verhältnis,
welches für
die meisten Kernspinuntersuchungen als feststehende Materialkonstante
angesehen werden kann, und τ die
Einwirkdauer des Hochfrequenzpulses ist. Der durch einen ausgesendeten
HF-Puls erreichte Flipwinkel und somit die Stärke des Magnetresonanzsignals hängen folglich
außer
von der Dauer des HF-Pulses auch von der Stärke des eingestrahlten B
1-Feldes ab. Räumliche Schwankungen in der
Feldstärke
des anregenden B
1-Feldes führen daher
zu unerwünschten
Variationen im empfangenen Magnetresonanzsignal, die das Messergebnis
verfälschen
können.
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Ungünstigerweise
zeigen aber die HF-Pulse gerade bei hohen magnetischen Feldstärken – die aufgrund
des benötigten
Magnetgrundfelds B0 in einem Magnetresonanztomographen
zwangsläufig
gegeben sind – ein
inhomogenes Eindringverhalten in leitfähigen und dielektrischen Medien
wie z. B. Gewebe. Dies führt dazu,
dass das B1-Feld innerhalb des Messvolumens
stark variieren kann. Insbesondere bei sogenannten Ultrahochfeld-Magnetresonanzuntersuchungen,
bei denen modernere Magnetresonanzsysteme mit einem Grundmagnetfeld
von drei Tesla oder mehr verwendet werden, müssen daher besondere Maßnahmen
getroffen werden, um eine möglichst
homogene Verteilung des transmittierten HF-Felds der Hochfrequenzantenne im
gesamten Volumen zu erreichen.
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Ein
einfacher, aber effektiver Ansatz zur Lösung des Problems besteht darin,
die (di-)elektrische Umgebung des Untersuchungsobjekts in geeigneter
Weise zu modifizieren, um unerwünschte
Inhomogenitäten auszugleichen.
Hierzu können
beispielsweise dielektrische Elemente mit definierter Dielektrizitätskonstante und
Leitfähigkeit
im Untersuchungsvolumen z. B. unmittelbar am Patienten oder auf
dem Patienten positioniert werden. Das Material dieser dielektrischen
Elemente sollte eine möglichst
hohe Dielektrizitätskonstante,
bevorzugt ε ≥ 50, aufweisen.
Das dielektrische Material sorgt so für eine dielektrische Fokussierung.
Andererseits sollte das Material des dielektrischen Elements eine
nicht zu hohe Leitfähigkeit
aufweisen, da aufgrund des Skin-Effekts eine zu hohe Leitfähigkeit
zu hohen Wirbelströmen
insbesondere im Oberflächenbereich
des dielektrischen Elements führt,
wodurch eine Abschirmwirkung erzeugt wird, die den dielektrischen
Fokussierungseffekt wieder abschwächt. Mit Hilfe solcher dielektrischer
Elemente können
beispielsweise die typischerweise bei Magnetresonanzuntersuchungen
eines Patienten im Brust- und
Bauchbereich auftretenden HF-Feld-Minima kompensiert werden, indem
auf Brust und Bauch des Patienten entsprechende dielektrische Elemente
aufgelegt werden, die durch die lokale Erhöhung des eindringenden Hochfrequenzfelds
die Minima wieder kompensieren.
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Als
dielektrisches Element wird dabei bisher beispielsweise in einem
Kunststofffolienbeutel abgefülltes destilliertes
Wasser mit einer Dielektrizitätskonstante
von ε ≈ 80 und einer
Leitfähigkeit
von ca. 10 μS/cm
verwendet. Leider hat die Verwendung solcher mit Wasser gefüllter "dielektrischer Kissen" den unerwünschten Nebeneffekt,
dass sie in den Magnetresonanzaufnahmen sichtbar sind. Hinzu kommt,
dass es durch Überfaltungseffekte
dazu kommen kann, dass das dielektrische Element innerhalb der Magnetresonanzaufnahme nicht
an der Stelle abgebildet wird, an der es tatsächlich auch im realen Raumpositioniert
ist. So kann beispielsweise durch eine Überfaltung das Kissen anstatt
an der Oberkante eines MR-Bildes
an der Unterkante dargestellt werden. Dies führt dazu, dass auf den Magnetresonanzaufnahmen
der Eindruck entsteht, dass sich das dielektrische Element nicht
auf dem Körper
der Patienten, sondern im Körper
befindet. Zwar ist es grundsätzlich
möglich,
mittels sogenannter Oversampling-Methoden ein Bild so aufzunehmen,
dass das dielektrische Element an der richtigen Position ist. In
einem solchen Fall kann das dielektrische Element bei der späteren Aufnahme
ausgeschnitten werden bzw. es kann ein Bildausschnitt gewählt werden,
welcher das dielektrische Element gar nicht erst erfasst. Andererseits
sind jedoch diese Oversampling-Methoden recht zeitaufwändig und
verlängern
daher die Messzeit.
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Weiterhin
wurde als dielektrisches Element bereits in einer früheren Anmeldung
des gegenwärtigen Anmelders
DE 10 2004 015 859
A1 ein "dielektrisches
Kissen" mit einer
ein Relaxationsagens enthaltenden Füllung, insbesondere einer Gelfüllung, statt
der oben beschriebenen Füllung
mit destilliertem Wasser vorgeschlagen, durch welches die oben beschriebenen
Probleme teilweise gelöst
werden konnten. Allerdings zeigen diese Kissen einen unerwünschten
Einfluss auf das B
0-Feld. Dies kann zu lokalen
geometrischen Bildverzerrungen und, bei Verwendung spektral selektiver
Hochfrequenzpulse, zu einer inhomogenen Fettsättigung führen. Zudem ist die Homogenisierung
des transmittierten HF-Feldes noch nicht optimal.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dielektrisches
Element sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen
unter Verwendung dielektrischer Elemente derart weiterzuentwickeln,
dass auf einfache Weise Stö rungen
in den Magnetresonanzaufnahmen durch die positionierten dielektrischen
Elemente weiter reduziert oder sogar ganz vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein dielektrisches Element gemäß Patentanspruch
1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch
17 und eine Verwendung des dielektrischen Elements gemäß Patentanspruch
18 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt,
dass das dielektrische Element ein Relaxationsagens enthält, das
die Relaxationszeit des dielektrischen Elements herabsetzt, welches
an voneinander separierte Partikel gebunden ist. Dabei werden sowohl
die T1-Relaxationszeit als auch die T2-Relaxationszeit herabgesetzt. Die Herabsetzung
kann dabei, je nach verwendetem Material des dielektrischen Elements
und Relaxationsagens, um bis zu 3 Größenordnungen betragen. D. h.
dass beispielsweise die Relaxationszeit eines dielektrischen Elements,
welches ohne den Zusatz des Relaxationsagens eine Relaxationszeit
in der Größenordnung
von 1 s hätte,
durch das Relaxationsagens auf unter 1 ms abgesenkt werden kann.
Das Relaxationsagens sorgt folglich dafür, dass die Relaxationszeiten
des diagnostisch irrelevanten dielektrischen Elements kürzer sind
als die üblicherweise
verwendeten Evolutionszeiten, d. h. die Zeiten zwischen Anregungspuls
und Datenempfang. Somit wird dieses dielektrische Element in den
Magnetresonanzbildern bei den meisten Anwendungen praktisch unsichtbar
und es ist eine störungsfreie
Messung möglich.
Da in den Bildern letztlich die erfindungsgemäßen dielektrischen Elemente
nicht sichtbar sind, kann auf eine zusätzliche Investition von Messzeit
zur Vermeidung von Überfaltungsartefakten
verzichtet werden. Dabei können
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren übliche Bildgebungssequenzen
unverändert
und somit ohne Performanceeinbußen
eingesetzt werden. Dennoch wird auf einfache Weise der gewünschte Homogenisierungseffekt
des B1-Felds erreicht.
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Durch
die Bindung des Relaxationsagens an feste Partikel und die damit
verbundenen Immobilisierung wird – anders als bei den in der
eingangs genannten
DE
10 2004 015 859 A1 beschriebenen dielektrischen Elementen – das Einbringen
von freien Ladungsträgern
in das dielektrische Element weitgehend vermieden. Dadurch wird
die Leitfähigkeit
des Materials des dielektrischen Elements, beispielsweise der Füllung eines
dielektrischen Kissens, deutlich verringert. Dies führt zu einer
Reduzierung des abschirmenden Effektes und somit insgesamt zu einer
wesentlich stärkeren
Homogenisierungswirkung. Um die gleiche Beeinflussung des B
1-Felds zu erreichen, kann daher ein schwächeres dielektrisches
Element eingesetzt werden als bisher. Dies führt zu einer wesentlich geringeren
Beeinflussung des B
0-Felds, womit die damit
verbundenen, oben beschriebenen störenden Effekte verhindert werden
können.
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Die
abhängigen
Ansprüche
enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung, wobei insbesondere auch die erfindungsgemäßen dielektrischen
Elemente entsprechend den abhängigen
Verfahrensansprüchen
weitergebildet sein können
und umgekehrt.
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Besonders
als Relaxationsagentien geeignet sind paramagnetische Substanzen.
Die paramagnetischen Atome dieser Substanzen sorgen für lokale
Verzerrungen des B0-Felds. Für ein sich
in diesem lokal inhomogenen Feld bewegendes Wasserstoffatom wirkt
sich dies als zeitlich fluktuierendes B0-Feld
aus. Sofern die Frequenz der Fluktuationen Komponenten bei der Lamorfrequenz
aufweist, sind diese relaxationswirksam. Beispiele für solche
paramagnetischen Substanzen sind Substanzen, welche eines oder mehrere
der folgenden chemischen Elemente – zumeist mit von Null verschiedener
Oxidationszahl – aufweisen:
Gadolinium, Europium, Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer und/oder Mangan.
Bevorzugt ist hierbei Mangan, insbesondere in der Form des positiv
geladenen Ions Mn2+.
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Aufgrund
der starken Relaxationswirksamkeit von Mn2+ genügt die Verwendung
einer geringen Konzentration, um eine hinreichende Unsichtbarkeit
des Kissens im Bild zu erreichen. Dies verringert die Beeinflussung
des B0-Felds noch weiter.
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Besonders
bevorzugt liegt das Relaxationsagens, insbesondere bei Verwendung
einer paramagnetische Substanz, in einer Konzentration von 10 bis
200 mmol/kg, ganz besonders bevorzugt 30 bis 100 mmol/kg, bezogen
auf das dielektrische Material des dielektrisches Elements, z. B.
bei einem Gelkissen bezogen auf die Gelfüllung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das dielektrische Element eine von einer äußeren Festkörperhülle umgebene dielektrische
Füllung
auf, insbesondere auf Basis von Wasser, welche das Relaxationsagens
gebunden an voneinander separierte Partikel enthält. Bei einem solchen dielektrischen
Element in Form eines Kissens enthält folglich die Füllung des
Kissens, welche bisher aus einfachem Wasser oder einem wässrigen
Gel besteht, nun erfindungsgemäß zusätzlich voneinander
separierte Partikel, an welche ein Relaxationsagens gebunden ist,
welches die Relaxationszeit der Füllung herabsetzt.
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Durch
die Bindung des Relaxationsagens an feste Partikel kann im Übrigen eine
eventuelle Gefährdung
durch freie Metallionen des Relaxationsagens, die zum Teil toxisch
seien können,
reduziert bzw. ausgeschlossen werden, auch wenn es bei einer Beschädigung der äußeren Festkörperhülle zu einem
Austritt der Füllung
und einem Hautkontakt kommen sollte.
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Für die Festkörperhülle ist
im Prinzip jedes MR-stumme, hinreichend diffusionsdichte und mit
einem MR-System kompatible Material geeignet. Die Festkörperhülle wird
insbesondere aus einem organischen Polymer wie beispielsweise thermoplastischen
Elastomeren, besonders bevorzugt aus Weich-PVC, Polyethylen oder
Polypropylen gebildet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die
Festkörperhülle aus
einem Laminat mit mindestens zwei Lagen zu bilden, welche aus einem
oder mehreren organischen Polymeren oder einem Gewebe gefertigt
sein können.
Beispielsweise kann eine diffusionsdichte Innenseite mit einer bio(haut)verträglichen
Außenseite
kombiniert werden. Eine Gewebelage (beispielsweise aus Aramid-Fasern
wie z. B.
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Kevlar®)
kann insbesondere zum Schutz vor mechanischer Beschädigung einlaminiert
werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die Partikel, an welche das Relaxationsagens gebunden ist,
in einem Gel, vorzugsweise einem wässrigen Gel, enthalten. D.
h., dass die voneinander separierten Partikel, an die das Relaxationsagens
gebunden ist, von dem Gel in dem dielektrischen Element in möglichst
homogener Verteilung fixiert werden und somit gleichmäßig verteilt
bleiben und sich nicht aufgrund des Dichteunterschieds separieren
können.
Dies hat auch den Vorteil, dass das dielektrische Element bei der
Magnetresonanzmessung seine äußere Form – insbesondere
seine Dicke – im
Wesentlichen beibehält
und damit der angestrebte Homogenisierungseffekt gleichmäßig erzielt
wird. Neben der Formtreue werden auch die Handhabung erleichtert
und der Lagerungskomfort verbessert. So ist in der Regel für den Patienten
ein gelhaltiges Kissen während
einer Magnetresonanzmessung angenehmer als ein flüssigkeitsgefülltes dielektrisches Element,
das zur Wahrung der Formtreue mit einer starren Hülle versehen
ist. Ein weiterer Vorteil eines feste Partikel enthaltenden Gels,
welches beispielsweise in einem Kissen enthalten ist, besteht darin,
dass die Füllung
und damit möglicherweise
schädliche
Substanzen nicht so leicht austreten können, falls die Hülle beschädigt wird.
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Als
Alternative zu einer Gelfüllung
ist es bei einer Füllung
ohne Gel möglich,
eine kompartimentierte Hülle,
beispielsweise mit Stegen im Inneren, einzusetzen, um die Formtreue
des dielektrischen Elements zu verbessern.
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Als
Gelbildner können
sämtliche
Materialien verwendet werden, die toxikologisch unbedenklich sind und
in Gegenwart der gewünschten
Konzentration an paramagnetischer Substanz sowie in Gegenwart der voneinander
separierten Partikel in der Lage sind, ein Gel mit der gewünschten
Konsistenz zu bilden. Beispielsweise kann Natriumpolyacrylat verwendet
werden, welches homogen verteilt oder vorzugsweise in Form eines
trockenen vernetzten Natriumpolyacrylatpulvers, welches eine Teilchengröße von maximal
0,5 mm, bevorzugt unter ca. 0,2 mm, aufweist, eingesetzt wird. Größere Teilchengrößen können dazu
führen,
dass das finale Gel weniger homogen ist. Allgemein gilt hierbei,
dass, je kleiner die Teilchengröße, umso
homogener das resultierende Gel ist. Weiterhin können als Gelbildner bzw. zur
Einstellung einer hohen Viskosität
bzw. eines thixotropen oder strukturviskosen Fließverhaltens
Agarose, Polysaccaride, Polyacrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol,
Polyacrylamid oder sowie modifizierte Stärke oder Cellulose verwendet
werden.
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Das
zugrunde liegende Acrylatmonomer kann ebenfalls substituiert sein
(z. B. durch Alkyl-, Alkoxy- oder Hydroxyalkylgruppen). Auch Copolymere
mit ggf. substituiertem Acrylamid sind einsetzbar.
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Der
Gelbildner liegt im Allgemeinen in einer Konzentration von 0,1-10
Gew.-%, vorzugsweise von ca. 0,5-5 Gew.-%, vor.
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Das
Gel kann darüber
hinaus ein Konservierungsmittel enthalten, das insbesondere in einem
Anteil von mehr als 20 Gew.-%, vorzugsweise mit ca. 25 Gew.-%, vorliegt.
Beispiele für
das Konservierungsmittel sind 1,2-Propandiol, Ethanol oder 2-Propanol.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass als Basiszusammensetzung für das dielektrische Element
auch ein handelsübliches
Ultraschallkontaktgel auf Wasserbasis verwendet werden kann, das
bereits Gelbildner und ggf. Konservierungsmittel enthält.
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Die
voneinander separierten Partikel, an welche das Relaxationsagens
gebunden ist, werden vorzugsweise von einem Ionenaustauschermaterial,
insbesondere einem Kationenaustauschermaterial gebildet. Das Kationenaustauschermaterial
wird beispielsweise mit positiv geladenen Ionen des Relaxationsagens
beladen, die durch negativ geladene Gruppen des Ionenaustau schermaterials
gebunden werden. Stark sauere Kationenaustauschermaterialien sind
dabei besonders bevorzugt, da sie für eine festere ionische Bindung
der positiven Ionen sorgen.
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Ein
Beispiel für
ein geeignetes Kationenaustauschermaterial ist ein mit Sulfonsäuregruppen
funktionalisiertes Copolymer von Styrol und Divinylbenzol, wie es
beispielsweise unter der Bezeichnung Dowex® 50 WX8
(Partikelgröße ca. 40-80 μm) von der
Dow Chemical Company erhältlich
ist. Andere Copolymere sowie andere negativ geladene Gruppen zur
Funktionalisierung können
aber ebenfalls verwendet werden. Weitere konkrete Beispiele für mögliche Ionenaustauscher,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind
z. B. Lewatit® von
Lanxess oder Amberlite®, Amberlyst®, Amberjet®,
Duolite® von
Rohm und Haas.
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Die
voneinander separierten Partikel, an die das Relaxationsagens gebunden
ist, beispielsweise die Partikel des Ionenaustauschermaterials weisen
vorzugsweise eine Größe von < 0,5 mm, insbesondere < 0,1 mm auf. Möglichst
feine Partikel (bis zu einer Untergrenze von ca. 10 μm) sind besonders
bevorzugt, da einerseits dadurch der Abstand zwischen den Partikeln
möglichst
klein gehalten wird und andererseits Entmischungstendenzen aufgrund
des Dichteunterschieds zwischen den Partikeln und der meist wässrigen
Umgebung verringert werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines dielektrischen Kissens,
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2a eine
schematische Darstellung eines auf einer Liege positionierten Patienten
bei Einstrahlung eines B1-Felds ohne dielektrisches
Kissen,
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2b eine
schematische Darstellung des Patienten gemäß 2a bei
Einstrahlung eines B1-Felds unter Positionierung
eines dielektrischen Kissens gemäß 1 auf
dem Bauch des Patienten,
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3 die
Effekte verschiedener dielektrischer Kissen auf das B0-Feld,
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4 die
Effekte verschiedener dielektrischer Kissen auf das B1-Feld,
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5 Ergebnisse
der Messung der MR-Stummheit verschiedener dielektrischer Kissen.
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Bei
dem in 1 dargestellten dielektrischen Element handelt
es sich um ein dielektrisches Kissen 1, bestehend aus einer äußeren Hülle aus
Kunststofffolie 2 und einer Füllung 3, welche eine
paramagnetische Substanz gebunden an Partikel eines Kationenaustauschers
enthält.
Bei der Kunststofffolie 2 handelt es sich um ein bioverträgliches
Material, welches relativ dünn,
aber dennoch ausreichend stabil ist, um ein Austreten der darin
befindlichen Füllung 3 zu
vermeiden. Vorzugsweise ist die Kunststofffolie 2 rundum
verschweißt.
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Zusätzlich kann
das dielektrische Kissen 1 im Einsatz noch mit einem waschbaren
Kissenbezug überzogen
werden, welcher vor einer Nutzung des dielektrischen Kissens 1 an
einem anderen Patienten gewechselt werden kann. Vorteilhafterweise
ist die Kunststoffhülle 2 mit üblichen
Mitteln desinfizierbar.
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In
dem konkreten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Füllung 3 um
ein wässriges
Natriumpolyacrylatgel, das Partikel des stark sauren Kationenaustauschers
Dowex® 50
WX8 enthält,
der mit Mn2+-Ionen beladen ist. Der verwendete
Kationenaustauscher wies die folgenden Kenndaten auf: Feuchtigkeitsgehalt
ca. 50 Gew.-%, Ionenaustauschkapazität: 4,8 meq/g, Mn-Gehalt ca. 11 Gew.-%
bezogen auf die Trockensubstanz. Die Mn2+-Konzetration
der fertigen Zubereitung betrug 56 mmol/kg.
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Diese
spezielle Füllung 3 hat
den Vorteil, dass sie neben den gewünschten Eigenschaften, eine
Homogenisierung des transmittierten und empfangenen HF-Feldes herbeizuführen und
in MR-Bildern unsichtbar zu
sein, für
den Patienten vollkommen ungefährlich
ist.
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Der
Effekt eines solchen dielektrischen Elements 1 zur Homogenisierung
des B1-Felds bei einer Magnetresonanzaufnahme
ist anhand der 2a und 2b schematisch
dargestellt.
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2a zeigt
einen auf einer Patientenliege 4 innerhalb eines Magnetresonanztomographen
(nicht dargestellt) befindlichen Patienten P. Von einer Hochfrequenzantenne
des Magnetresonanztomographen wird ein B1-Feld
ausgesandt, welches hier schematisch durch Feldlinien dargestellt
ist. Die Dichte der Feldlinien B1 soll die
Stärke
des B1-Felds repräsentieren. Im Bauchbereich
des Patienten P ist ein lokales Minimum des B1-Felds dargestellt,
welches üblicherweise
im Bauch- und Brustbereich des Patienten bei einer Magnetresonanzaufnahme
unter realen Bedingungen auftritt. In diesem Bereich sind die Feldlinien
weniger dicht als in den übrigen Bereichen.
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Dieser
Effekt wird durch Auflegen eines dielektrischen Kissens 1 gemäß 1 auf
den Bauch des Patienten P kompensiert. Dies ist in 2b schematisch
dargestellt. Durch das dielektrische Kissen 1 kommt es zu
einer lokalen Erhöhung
des B1-Felds im Bereich des Kissens 1,
wodurch insgesamt die Feldinhomogenität wieder aufgehoben wird, so
dass ein homogeneres B1-Feld vorliegt als
ohne das dielektrische Kissen 1.
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3 zeigt
einen Vergleich der Effekte verschiedener Kissen auf das B0-Feld eines Magnetresonanztomographen.
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Insbesondere
zeigt
3 den Effekt eines bekannten Produktkissens K
1 gemäß der
DE 10 2004 015 859
A1 (Wasser, 1,2-Propandiol,
Gelbildner (vernetztes Natriumpolyacrylatpulver), Gd-DPTA (Gadopentetsäure)), den
Effekt eines Kissens K
2 gemäß der vorliegenden
Erfindung (Ultraschallgel (bestehend aus Wasser, 1,2-Propandiol,
Gelbildner Natriumpolyacrylat), Mn-beladener Ionentauscher) und den Effekt
eines Referenzkissens K
3 (wie das Kissen
K
2, aber ohne Mn-beladenen Ionentauscher).
Zusätzlich
wurden einige Messungen ohne Kissen aufgeführt.
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Untersuchungsobjekt
war in allen Fällen
ein zylinderförmiges
Wasserphantom (dotiert mit Nickelsulfat). Die Kantenlänge des
aufgenommenen Bildbereichs beträgt
500 mm × 500
mm. Alle Messungen wurden bei einer Feldstärke von 3T durchgeführt.
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In 3 ist
dabei die Vermessung eines unerwünschten
Effekts, nämlich
der Verzerrung des magnetischen Grundfeldes B0 dargestellt.
Die Streifen können
als Höhenlinien
des B0-Feldes
interpretiert werden. In der oberen Bilderreihe ändert sich das B0-Feld
pro Linie um 0,4 ppm, in der unteren Bilderreihe pro Linie um 0,1
ppm. Das rechte Bild in der unteren Reihe zeigt – bezüglich der B0-Feld-Verzerrung – den Idealfall,
in dem es keine zusätzlichen
Effekte durch aufgelegte Kissen gibt. Dieses rechte Bild ist als
Referenz zu betrachten. Je mehr das B0-Profil
von dieser Referenz abweicht, um so stärker ist der unerwünschte B0-Verzerrungs-Effekt ausgeprägt. Das
Kissen K3 ohne Relaxationsagens und das
erfindungsgemäße Kissen
K2 zeigen ein sehr ähnliches Muster, das nur geringfügig von
der Referenz abweicht – die
B0-Verzerrung ist in diesen Fällen gering ausgeprägt. Anders
sieht es für
das bekannte Produktkissen K1 aus; hier
sieht man deutlich die auftretenden Verzerrungen des B0-Feldes.
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Dass
in den in 3 gezeigten Aufnahmen das B0-Profil des Phantoms mit dem Kissen K3 ohne Relaxationsagens nicht vollständig identisch
wie das Referenzprofil (ohne Kissen) aussieht, obwohl hier ja keine paramagnetischen
Ionen im Kissen R3 vorhanden sind, hat im Übrigen zwei
wesentliche Ursachen: a) das Kissen K3 ist
sichtbar, und wird darum im Rahmen der objektspezifischen B0-Optimierung ("Shimming") mit berücksichtigt, b) die Intensitätsverteilung
im Phantom ändert
sich aufgrund des B1-Formungseffektes – auch dies hat
Auswirkungen auf das Shimmen.
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4 zeigt
die B1-Effekte der verschiedenen dielektrischen
Kissen K1, K2, K3, welche wie in 3 bezeichnet
sind. Ziel war hier die Demonstration des erwünschten Effekts, nämlich der
Formung des B1-Feldes im Objekt. In der
Referenzmessung ohne Kissen (rechts) sieht man die dielektrische
Fokussierung mit einer hohen B1-Amplitude
im Zentrum des Phantoms und geringer Amplitude am Rand. Jedes der
vermessenen dielektrischen Kissen K1, K2, K3 vermag es,
das B1-Feld in der Nähe des Kissens (letzteres ist
mit Ausnahme des Kissen K3 ohne Relaxationsagens
in den Bildern unsichtbar, aber immer auf der linken Bildseite positioniert) anzuheben.
Der Effekt ist in dem erfindungsgemäßen Kissen K2 und
dem Kissen K3 ohne Relaxationsagens sogar
etwas stärker
ausgeprägt
als im bekannten Produktkissen K1.
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Der
physikalische Grund dafür
ist der folgende: das bekannte Produktkissen K1 enthält einen
signifikanten Anteil freier Ionen, die zur Leitfähigkeit des Materials beitragen.
Eine höhere
Leitfähigkeit
bedingt allerdings einen B1-abschirmenden Effekt,
der dem gewünschten
B1-Anhebungseffekt entgegen wirkt. In dem
Kissen K3 ohne Relaxationsagens und dem
erfindungsgemäßen Kissen
K2 – bedingt
durch das Prinzip des Ionenaustauschers – sind deutlich weniger freie
Ionen vorhanden, die Leitfähigkeit
des Gels ist in diesen Fällen
geringer. Der Abschirmungseffekt spielt in diesen Kissen darum eine
kleinere Rolle, so dass das erfindungsgemäße Kissen K2 den
bisher bekannten Kissen K1 klar überlegen
ist.
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5 zeigt
das Ergebnis einer Untersuchung der Magnetresonanz-Stummheit (Unsichtbarkeit)
der verschiedenen dielektrischer Kissen K1,
K2, K3. Diese sind
wieder wie in den 3 und 4 bezeichnet.
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Ein
wesentlicher Aspekt des dielektrischen Kissens K2 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie bereits beschrieben eine hinreichende Unsichtbarkeit
in MR-Bildern. Kritisch sind hier Bilder mit kurzen Evolutionszeiten
TE; kürzeste
diagnostisch verwendete Zeiten liegen z.Zt. bei ca. 0,5 bis 1,0
ms – entsprechende
Bilder sind in 5 dargestellt (obere Bildreihe
TE = 0,6 ms; unter Bildreihe TE = 1 ms). Während das Kissen K3 ohne
Relaxationsagens im Bild deutlich sichtbar ist, sind sowohl das
bekannte Produktkissen K1 als auch das das
erfindungsgemäße Kissen
K2 unsichtbar. Zur Quantifizierung wurde
die mittlere Bildintensität
im Bereich der Kissen ausgewertet (Die Regionen sind in den Bildern
mit einem Kreis gekennzeichnet). Trotz der geringeren Mn2+-Konzentration ist das das erfindungsgemäße Kissen
K2 ähnlich
unsichtbar wie das bekannte Produktkissen K1.
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Insgesamt
ergibt sich folgendes Fazit:
- – Das erfindungsgemäße Kissen
K2 zeigt einen stärkeren B1-Formungseffekt als
das bekannte Produktkissen K1, welcher z.
B. genutzt werden kann, um das Kissen kleiner, d. h. leichter zu
machen.
- – Das
erfindungsgemäße Kissen
K2 zeigt eine schwächere B0-Verzerrung als das
bekannte Produktkissen K1.
- – Das
erfindungsgemäße Kissen
K2 ist ähnlich
unsichtbar wie das bekannte Produktkissen K1.
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Das
erfindungsgemäße Kissen
K2 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist demnach dem bekannte Produktkissen K1 überlegen
und daher vorzuziehen.
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Dieses
wurde ebenfalls bei ersten Messungen an Patienten/Probanten bestätigt.
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Abschließend wird
noch die Herstellung des konkreten Füllmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung, das bei den in den 3 bis 5 dargestellten
Messungen in dem erfindungsgemäßen Kissen
K2 verwendet wurde, beschrieben.
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3300
g Ultraschallgel (74 Gew.-% Wasser, 25 Gew.-% 1,2-Propandiol und ca.
1 Gew.-% Natriumpolyacrylat) wurden in einem 5 l-Becherglas vorgelegt.
Anschließend
wurden unter Rühren
portionsweise 200 g Dowex® 50 WX8, beladen mit ca.
11 Gew.-% Mangan bezogen auf die Trockensubstanz, zugegeben. Nach
15 min Rührzeit
war das Ionenaustauscherpulver homogen im Ultraschallgel verteilt.
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Dieses
Gel wurde in eine Kissenhülle
aus Polyethylen gefüllt,
die anschließend
verschweißt
wurde, wobei die Kissengeometrie 35 cm × 25 cm × 4 cm betrug.
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Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend
detailliert beschriebenen Verfahrensablauf sowie bei dem dargestellten
dielektrischen Kissen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche
vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Obwohl die Erfindung im
Wesentlichen am Beispiel von Magnetresonanzgeräten im medizinischen Bereich
beschrieben wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung nicht
auf diesen Bereich beschränkt,
sondern die Erfindung kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder
industriell genutzten Magnetresonanzgeräten verwendet werden.