DE102012204567B4

DE102012204567B4 - Material zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, Verfahren zum Herstellen des Materials und Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102012204567B4
Application number: DE102012204567.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: US20130249556A1; US9697936B2; DE102012204567A1

Abstract

Material (1) zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, wobei das Material (1) ein Trägermaterial (2) und ein in einem bestimmten Anteil zugemischtes magnetisches Dotiermaterial (3) umfasst, wobei das Dotiermaterial (3) eine anisotrope Suszeptibilität (210) aufweist, wobei das Dotiermaterial (3) in einem Volumen von 1 mm3 bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität (210) eine mittlere Orientierung (203) entlang einer vorbestimmten Richtung (200) aufweist und wobei innerhalb eines Volumens (10) des Materials (1), das kleiner als 1 mm3 ist, eine im Wesentlichen homogene Durchmischung des Trägermaterials (2) und des Dotiermaterials (3) vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, ein Verfahren zum Herstellen des Materials und eine Magnetresonanzanlage, welche Komponenten aus dem Material umfasst. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Material, welches eine verringerte Sichtbarkeit in der Magnetresonanz-Bildgebung aufweist.
Die Magnetresonanz(MR)-Bildgebung ist ein bildgebendes Verfahren, das in vielen Bereichen der Medizin zur Untersuchung und Diagnose eingesetzt wird. Grundlage bildet der physikalische Effekt der Kernspinresonanz. Zur Aufnahme von MR-Signalen wird hierzu mittels eines Grundfeldmagneten innerhalb eines Untersuchungsbereichs ein Grundmagnetfeld angelegt, welches magnetische Momente von Kernen, etwa von Wasserstoffkernen H-1 oder Stickstoffkernen N-14, ausrichtet.
Durch Einstrahlen von Hochfrequenz(HF)-Pulsen können die Kernspins aus der ausgerichteten Lage parallel zum Grundmagnetfeld, d. h. der Ruhelage, oder aus einem anderen Zustand ausgelenkt bzw. angeregt werden. Während der Relaxation in die Ruhelage wird ein Zerfallsignal erzeugt, das mittels einer oder mehrerer HF-Empfangsspulen als MR-Signal induktiv detektiert werden kann. Z. B. kann eine gezielte Dephasierung und Rephasierung der Kernspins durch geeignet geschaltete Gradientenfelder ein MR-Signal erzeugen. Ein solcher Effekt wird in sog. Gradienten-Echo MR-Aufnahmesequenzen verwendet.
Durch Anlegen eines Schichtselektionsgradienten beim Einstrahlen der Hochfrequenzpulse werden nur Kernspins in einer Schicht des Untersuchungsobjekts angeregt, in der die Resonanzbedingung aufgrund der lokalen Magnetfeldstärke erfüllt ist. Eine weitere Ortskodierung kann durch Anlegen zumindest eines Phasenkodiergradienten, sowie eines Frequenzkodiergradienten während des Auslesens erfolgen. Dadurch ist es möglich, MR-Signale ortsaufgelöst aus mehreren Schichten einer Untersuchungsperson zu erhalten. Mittels geeigneter Darstellungsverfahren ist es derart möglich, zur Diagnose ein 3-dimensionales (3D) Abbild eines bestimmten Bereichs der Untersuchungsperson zur Verfügung zu stellen. Eine typische Ortsauflösung der MR-Bildgebung kann hierbei z. B. 1 mm in allen drei Raumrichtungen betragen. Ein solcher, örtlich ausgedehnter Bildgebungspunkt wird als Voxel bezeichnet.
Zur MR-Bildgebung wird ein Patient zumeist auf einer Liege oder einem Tisch in das Innere des Grundfeldmagnetens gebracht. Weiterhin werden zur Verbesserung der MR-Bildgebung HF-Lokalspulen verwendet, welche in unmittelbarer Nähe zum Patienten platziert werden. Dadurch befindet sich im bildgebenden Raum nicht nur der Patient, sondern auch andere Teile, wie etwa die Liege und die Spulen, welche aus verschiedensten Materialien gefertigt sind. Jedoch können diese Materialien ebenfalls bildgebend sein, weil sie Kerne enthalten, die auch für die MR-Bildgebung verwendet werden.
Bildgebende Eigenschaften von Materialien, welche sich innerhalb des zur MR-Bildgebung verwendeten Untersuchungsbereichs befinden, können Artefakte in den MR-Bildern hervorrufen. Solche Artefakte können zu einer fehlerhaften Diagnose führen oder das Bild diagnostisch unbrauchbar machen. Es sind nur relativ wenige Materialien bekannt, welche in empirischen Tests eine verringerte Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufweisen. Da neben der verringerten Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung noch weitere Kriterien maßgeblich für die Verwendbarkeit innerhalb einer MR-Anlage sind, z. B. keine oder geringe elektrische Leitfähigkeit und keine oder geringe magnetische Suszeptibilität, ist die Anzahl der verwendbaren Materialien beschränkt.
Da deutlich kostengünstigere Kunststoffmaterialien z. B. nicht einsetzbar sind, kann dies erhöhte Kosten in der Herstellung von Komponenten zur Verwendung in der MR-Anlage nach sich ziehen. Weiterhin können z. B. weiche und flexible Kunststoffmaterialien, wie sie aus verschiedenen Bereichen des täglichen Lebens bekannt sind, nicht einsetzbar sein, da diese als Vollmaterial keine verringerte Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufweisen. Dies kann einen verringerten Komfort und eingeschränkte Design-Freiheiten beim Einsatz bzw. der Herstellung von Komponenten zur Verwendung in einer MR-Anlage nach sich ziehen. Weiterhin können besonders gut verarbeitbare oder besonders robuste bzw. stabile Materialien nicht einsetzbar sein. Dies kann eine verringerte Zuverlässigkeit bzw. eine verringerte Lebensdauer der Komponenten zur Verwendung in der MR-Anlage nach sich ziehen.
Zum Beispiel sind aus US 7 604 875 B2 Techniken bekannt, welche eine Anpassung der magnetischen Suszeptibilität von Trägermaterialien durch Beimischung von paramagnetischen und/oder diamagnetischen Stoffen an feste vorbestimmte Werte erlauben. Die dort offenbarten Techniken betreffen jedoch die Verminderung einer Suszeptibilitäts-Fehlanpassung, in Folge derer das statische Magnetfeld auf einer Längenskala von mehreren Zentimetern variiert und vom gewünschten Wert des Grundmagnetfelds abweicht. Dadurch können z. B. Verschiebungen bzw. Ortsraumverzerrungen in MR-Bildern auftreten oder die Qualität von spektralen Fettsättigungstechniken negativ beeinflusst werden. Die Sichtbarkeit der Materialien in der MR-Bildgebung wird jedoch nicht beeinflusst.
Aus der DE 197 11 610 A1 offenbart Magnetresonanz-kompatible Kohlefaser-instrumente. Hierzu wird eine Mischung von Kohlenstoff als anisotropes Material mit einem Trägermaterial offenbart.
Deshalb besteht ein Bedarf, Techniken bereitzustellen, welche es erlauben, Materialien zur Verwendung in Komponenten einer MR-Anlage und ohne die oben genannten Nachteile und mit verringerter MR-Sichtbarkeit bereit zu stellen. Insbesondere besteht ein Bedarf, Techniken bereit zu stellen, welche es erlauben, verschiedenste Trägermaterialien mit verringerter MR-Sichtbarkeit bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen. Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Material zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, wobei das Material ein Trägermaterial und ein in einem bestimmten Anteil zugemischtes magnetisches Dotiermaterial umfasst. Das Dotiermaterial weist eine anisotrope Suszeptibilität auf. Das Dotiermaterial weist bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität eine mittlere Orientierung entlang einer vorbestimmten Richtung auf. Innerhalb eines Volumens des Materials, das kleiner als 1 mm³ ist, liegt eine im Wesentlichen homogene Durchmischung des Trägermaterials und des Dotiermaterials vor.
Zum Beispiel kann das magnetische Dotiermaterial diamagnetisch, paramagnetisch oder ferromagnetisch sein. Das Dotiermaterial kann eine magnetische Suszeptibilität aufweisen, welche von der magnetischen Suszeptibilität des Trägermaterials verschieden ist. Zum Beispiel kann nämlich das Trägermaterial nichtmagnetisch sein, das heißt keine oder nur eine sehr geringe magnetische Suszeptibilität aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass das Trägermaterial magnetisch ist.
Eine im Wesentlichen homogene Durchmischung kann bedeuten, dass z. B. innerhalb beliebig angeordneter entsprechender (Test-)Volumen mit einer Größe, die kleiner als 1 mm³ ist, immer der bestimmte Anteil des Dotiermaterials vorhanden ist. Bei der Zumischung des Dotiermaterials kann es Inhomogenitäten und lokale bzw. mikroskopische Abweichungen in der Konzentration geben. Dies ist der Fall, da lokal Bereiche oder Cluster existieren können, wo das Dotiermaterial in gegenüber dem Mittelwert erhöhter Konzentration vorhanden ist bzw. wo das Trägermaterial in gegenüber dem Mittelwert erhöhter Konzentration vorhanden ist. Jedoch kann die Zumischung so fein bzw. gleichmäßig sein, dass solche Inhomogenitäten bei einer über das Volumen gemittelten Betrachtung nicht vorhanden sind. In anderen Worten kann ein Konzentrations-Gradient des Dotiermaterials auf einer mikroskopischen Längenskala, bzw. einer Längenskala kleiner als 1 mm, von Null unterschiedliche Werte annehmen – während ein über Längen von 1 mm oder länger bestimmter bzw. gemittelter Konzentrations-Gradient Werte gleich oder nahe bei Null annehmen kann.
Durch das Zumischen des magnetischen Dotiermaterials mit magnetischer Suszeptibilität χ ≠ 0 wird bewirkt, dass bei Einbringen des Materials in das Grundmagnetfeld der MR-Anlage innerhalb des Materials das Magnetfeld lokal von der Grundmagnetfeldstärke abweicht. Dies geschieht z. B. aufgrund des Demagnetisierungs-Effekts des magnetischen Dotiermaterials, der ein äußeres Magnetfeld verstärkt bzw. abschwächt. Die entsprechenden physikalischen Phänomene der statischen Magnetfelder sind dem Fachmann bekannt und brauchen deshalb in diesem Zusammenhang nicht näher diskutiert werden.
Aufgrund der örtlich variierenden Suszeptibilität werden also mikroskopische Inhomogenitäten des Magnetfelds erzeugt. Insbesondere variiert das Magnetfeld auf einer charakteristischen Länge, die in Bezug zu der Feinheit der Durchmischung und der (mikroskopischen) Geometrie der Dotierstoffe steht; also z. B. mit einer charakteristischen Länge von kleiner als 1 mm, die sich aus der Größe des Volumens ergibt. Eine derartige homogene Durchmischung auf einer Längenskala von kleiner als 1 mm kann bewirken, dass das Material eine verringerte Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufweist, da die Spins schneller dephasieren, d. h. kürzere T2*-Relaxationszeiten erreicht werden. Zum Beispiel kann nämlich die Ortsauflösung, d. h. die Voxel-Größe, typischer MR-Anlagen auch eine Größenordnung von ungefähr 1 mm aufweisen. Dies bedeutet, dass bei der Erfassung von MR-Signalen über ein entsprechendes Bildgebungsvolumen von z. B. 1 mm³ gemittelt bzw. integriert wird. Variiert innerhalb dieses Volumens die Suszeptibilität und damit das lokale Magnetfeld, so kann eine Rate, mit der die zum Signal beitragenden Kernspins dephasieren, lokal unterschiedlich sein. Zum Beispiel bei der Verwendung einer Gradientecho-Sequenz kann dies unterschiedliche Echo-Zeitpunkte bewirken. Die Signalintensität kann abnehmen. Dies kann die MR-Sichtbarkeit verringern.
Zum Beispiel kann dann das Material eine T2*-Relaxationszeit von Kernspins in dem Volumen aufweisen, welche um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 4 geringer als die entsprechende T2*-Relaxationszeit des Trägermaterials ist.
Material bezeichnet hierbei das Material, welches das Träger- und das Dotiermaterial umfasst. Die T2*-Relaxationszeit ist dem Fachmann in Bezug auf Magnetfeld-Inhomogenitäten bekannt und betrifft die Dephasierung der Kernspins transversal zur Ruhelage (Spin-Spin Relaxation). Die T2*-Relaxationszeit kann z. B. die Zeit nach einmaligem 90°-HF-Puls bezeichnen, nach der die Transversalmagnetisierung auf 37% ihres Ausgangswertes zurückgegangen ist. Zum Beispiel bei Gradienten-Echo-MR-Aufnahmesequenzen kann die T2*-Zeit maßgeblich für die Signalstärke bzw. ein Signal-zu-Rausch Verhältnis sein, sog. T2*-gewichtete Bildgebung.
Das Dotiermaterial weist eine anisotrope Suszeptibilität auf. Dies bedeutet, dass entlang unterschiedlicher Richtungen, welche z. B. in Bezug auf die Kristallstruktur des Dotiermaterials bestimmt sind, unterschiedlich große Suszeptibilitäten vorliegen können. Es kann insbesondere eine Vorzugsrichtung geben, entlang derer der Wert der Suszeptibilität des Dotiermaterials maximal wird. Zum Beispiel kann eine gezielte Orientierung entlang dieser Vorzugsrichtung oder in Bezug auf diese Vorzugsrichtung bewirken, dass besonders große Suszeptibilitäts-Schwankungen lokal vorliegen, sodass eine besonders stark verringerte T2*-Relaxationszeit und damit eine besonders geringe Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung des Materials erreicht wird.
Es sind verschiedenste Materialien bekannt, welche eine solche Anisotropie aufweisen, z. B. Graphit, Graphene (mehrlagig und einlagig), oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Graphit weist eine hexagonale Schichtstruktur auf. Eine Orientierung der Magnetisierung senkrecht zu den Graphitschichten bewirkt hohe Demagnetisierungsfelder. Deshalb kann z. B. die Richtung senkrecht zu den Graphitschichten eine besonders große Suszeptibilität aufweisen. Es ist z. B. möglich, eine mittlere Orientierung der Graphitschichten als Dotiermaterial derart zu bewirken, dass die Graphitschichten im Mittel senkrecht zu der vorbestimmten Richtung sind.
Die gesamte Suszeptibilität ergibt sich im Allgemeinen für beliebig orientierte magnetische Momente zu: 3χ_tot = χ_x + χ_y + χ_z. (A.1)
Für Graphit ergibt sich: χ_tot = 1/3·(χ_s + 2χ_p) = 1/3·(–595·10^–6 – 2·8·10^–6) = –204·10^–6, (A.2) wo χ_s die Suszeptibilität senkrecht zur Kristallebene bezeichnet und χ_s die Suszeptibilität parallel zur Kristallebene.
Durch Einstellen einer mittleren Orientierung kann erreicht werden: χ_tot ≈ χ_s. (A.3)
Dadurch kann die Orientierung der Teilchen des Dotiermaterials als weiterer Parameter zur Kontrolle der lokalen bzw. mikroskopischen Suszeptibilität und damit der Magnetfeld-Inhomogenität verwendet werden.
Im Allgemeinen kann ein Zusammenhang zwischen der Kristallstruktur des Dotiermaterials und der magnetischen Anisotropie bestehen. Zum Beispiel können besonders solche Dotiermaterialien mit hohen Aspektverhältnissen große Anisotropien der Suszeptibilität aufweisen. Entsprechende Gesetzmäßigkeiten sind dem Fachmann bekannt, sodass hier keine Details erläutert werden müssen. Eine Ausrichtung des Dotiermaterials bezüglich der anisotropen Suszeptibilität kann z. B. durch Einschmelzen des Trägermaterials, Beimischen des Dotiermaterials und gleichzeitigem Anwenden eines Magnetfelds bestimmter Stärke und Orientierung erfolgen. Hierbei kann z. B. die Orientierung des Magnetfelds die vorbestimmte Richtung definieren.
Eine mittlere Orientierung kann bedeuten, dass die Orientierung einzelner Körner oder Cluster des Dotiermaterials von der vorbestimmten Richtung abweicht. Zum Beispiel kann das Material eine Verteilung der Orientierung des Dotiermaterials aufweisen, welche z. B. durch eine Gauss-Kurve beschrieben werden kann. Jedoch kann über ein genügend großes Volumen, z. B. 1 mm³, gemittelt die Orientierung parallel zu der vorbestimmten Richtung stehen. Ein Maß für die Streuung der Orientierung einzelner Körner oder Cluster des Dotiermaterials kann eine Standardabweichung der Orientierung sein.
Zum Beispiel kann das Dotiermaterial die mittlere Orientierung innerhalb des Volumens aufweisen. Wie in Bezug auf die Konzentrationen des Trägermaterials und des Dotiermaterials voranstehend erläutert, kann es aufgrund der Durchmischung lokale Abweichungen in Konzentration und Orientierung von dem makroskopischen Mittelwert geben. Auch in Bezug auf die Orientierung des Dotiermaterials kann der makroskopische Mittelwert für das Volumen erreicht werden.
Es ist auch möglich, dass die mittlere Orientierung und/oder eine Standardabweichung der mittleren Orientierung eine Ortsabhängigkeit aufweisen, wobei die Ortsabhängigkeit eine charakteristische Länge von kleiner als 1 mm aufweist. Diesbezüglich kann nämlich bewirkt werden, dass eine Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität (neben einer Beeinflussung durch lokale und mikroskopische Konzentrationsschwankungen des Dotiermaterials) auch durch eine Ortsabhängigkeit des Suszeptibilitäts-Werts parallel zum Grundmagnetfeld in der MR-Anlage erreicht wird. So kann auch eine Vergrößerung (Verkleinerung) der Standardabweichung der Orientierung eine größere (geringere) effektive lokale Suszeptibilität bewirken.
Zum Beispiel kann eine Ortsabhängigkeit der mittleren Orientierung bzw. der Standardabweichung der Orientierung durch eine Ortsabhängigkeit der Orientierung bzw. der Stärke des während der Herstellung des Materials verwendeten Magnetfelds erreicht werden.
Es ist z. B. möglich, dass die mittlere Orientierung eine maximierte Suszeptibilität entlang der vorbestimmten Richtung bewirkt. Insbesondere kann nämlich eine solche Orientierung des Dotiermaterials erwünscht sein, die die Richtung der größten Suszeptibilität parallel zu der vorbestimmten Richtung ausrichtet. Derart kann es gleichzeitig möglich sein, den Anteil des Dotiermaterials im Vergleich zu einem Fall zufälliger Orientierung zu reduzieren. Dies kann Kostenersparnisse bewirken. Gleichzeitig können z. B. elektrische und mechanische Materialeigenschaften des Materials vorteilhaft sein.
In einer MR-Anlage kann dann in der vorbestimmten Richtung oder unter einem bestimmten Winkel zu der vorbestimmten Richtung das Grundmagnetfeld angelegt werden. Dann kann eine besonders große Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität und des lokalen Magnetfelds erreicht werden, sodass eine besonders reduzierte T2*-Relaxationszeit erreicht wird.
Es ist auch möglich, dass eine Standardabweichung der mittleren Orientierung kleiner als 45° ist, vorzugsweise kleiner als 20° ist, besonders vorzugsweise kleiner als 10° ist. Die Standardabweichung der mittleren Orientierung kann hierbei als Maß für die Güte der Orientierung interpretiert werden. Zum Beispiel kann die Streuung der Orientierung einzelner Körner bzw. Cluster des Dotiermaterials um die vorbestimmte Richtung abhängig sein von einer Stärke des während der Herstellung des Materials verwendeten Magnetfelds und/oder einer Viskosität des Trägermaterials. Es kann gewünscht sein, die Viskosität entsprechend zu wählen.
Diesbezüglich kann z. B. die örtliche Variation der Suszeptibilität bzw. die Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufgrund des zugemischten Dotiermaterials charakteristisch von der Korngröße des Dotiermaterials und der Form der Dotierkörner abhängen. Eine Korngröße des Dotiermaterials kann kleiner als 200 μm sein, vorzugsweise kleiner als 10 μm sein. Insbesondere kann eine Korngröße z. B. in dem Bereich von etwa 100 μm sein. Der Begriff Korngröße kann z. B. eine mittlere Korngröße bezeichnen. Das Dotiermaterial kann insbesondere eine Verteilung der Korngrößen aufweisen, welche z. B. durch eine Gauss-Kurve beschrieben werden kann. Entsprechende Szenarien sind dem Fachmann bekannt. Geringe Korngrößen können z. B. auch Vorteile in Bezug auf weitere Eigenschaften des Materials haben, etwa auf Robustheit, Leitfähigkeit, Sprödigkeit, etc.
Zum Beispiel kann der Anteil in dem Bereich von 0.1%–80%, vorzugsweise in dem Bereich von 1%–20%, besonders vorzugsweise in dem Bereich von 9%–11% liegen. Zum Beispiel können die Prozente Gewichtsprozente oder Volumenprozente bezeichnen.
Insbesondere kann der Anteil direkt korrelieren mit der makroskopischen magnetischen Suszeptibilität des Materials, d. h. der Suszeptibilität, die gemittelt für ein großes Stück des Materials gemessen wird; so kann z. B. ein größerer Anteil des Dotiermaterials bewirken, dass die makroskopische magnetische Suszeptibilität des Materials einen größeren absoluten Wert annimmt. Deshalb kann es erwünscht sein, einerseits einen großen Anteil Dotiermaterials zu dem Trägermaterial zuzumischen. Andererseits kann es erwünscht sein, bestimmte, z. B. elektrische und mechanische Materialeigenschaften des Materials zu bewahren, welche durch einen zu großen Anteil an zugemischtem Dotiermaterial verschlechtert werden würden. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, ein besonders festes Material zu erhalten, welches aber durch Zumischung von zu großen Anteilen des Dotiermaterials spröde wird.
Diesbezüglich kann das Trägermaterial z. B. Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS)-Kunststoff sein. Solche Kunststoffe sind auch als Terluran-Kunststoffe bekannt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsweise kann das Trägermaterial z. B. ABS GP22 sein.
Im Allgemeinen kann das Trägermaterial aus der Gruppe ausgewählt werden, welche die folgenden Elemente umfasst: Thermoplaste, thermoplastische Elastomere, Elastomere, Duroplaste, Schaumstoffe. Solche Materialien weisen bevorzugte Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Elastizität, Wärmebeständigkeit, geringe elektrische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften etc. auf. Es ist auch möglich, als Trägermaterial einen Lexan-Kunststoff zu verwenden.
Dementsprechend kann das Dotiermaterial z. B. entweder diamagnetisch (magnetische Suszeptibilität < 0) oder paramagnetisch (magnetische Suszeptibilität > 0) sein. Zum Beispiel kann das Dotiermaterial aus einer ersten Gruppe von diamagnetischen Materialien ausgewählt werden, welche die Elemente umfasst: Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Wismut. Es ist aber auch möglich, dass das Dotiermaterial aus einer zweiten Gruppe von paramagnetischen Materialien ausgewählt wird, welche die Elemente umfasst: Platin, Chrom, Wolfram, Ferritin. Es ist z. B. auch möglich, ferromagnetische Nanopartikel mit Korngrößen kleiner 100 nm oder kleiner 50 nm oder kleiner 20 nm als Dotiermaterial zu verwenden. Es ist auch möglich, Palladium als Dotiermaterial zu verwenden. Insbesondere können solche Materialien auf einem vergleichsweise großen Absolutwert der magnetischen Suszeptibilität verwendet werden, sodass eine lokale Abweichung des Magnetfelds vom Wert des Grundmagnetfelds in der Magnetresonanzanlage besonders groß wird. Dementsprechend kann die örtliche Dephasierung der Kernspins stark unterschiedlich sein, sodass ein Wert der T2*-Relaxationszeit besonders gering ausfallen kann.
Zum Beispiel kann das Material eine makroskopische magnetische Suszeptibilität aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer Suszeptibilität von Wasser oder Gewebe oder organischem Material oder Luft ist. Hierbei kann makroskopische Suszeptibilität z. B. denjenigen Wert der Suszeptibilität bezeichnen, der im Grenzfall großer Stücke des Materials, also mit makroskopischen Ausmaßen, gemessen wird. Für ein solches Stück kann eine gemittelte Durchmischung des Trägermaterials und des Dotiermaterials oder mehrerer Dotiermaterialien, die verschiedene magnetische Eigenschaften haben (diamagnetisch/paramagnetisch/ferromagnetisch), vorliegen. Zum Beispiel kann das Stück Ausmaße aufweisen, welche gleich oder größer dem Volumen sind. Werte für die Suszeptibilität der oben genannten Größen sind dem Fachmann bekannt und können z. B. für Wasser bzw. Gewebe χ = 9·10^–6 oder für organisches Material χ = 6·10^–6 oder für Luft χ = 0.38·10^–6 betragen.
Wie voranstehend dargelegt, kann das Material gemäß dem gegenwärtig diskutierten Aspekt der Erfindung den Effekt haben, dass aufgrund einer feinen Durchmischung des Trägermaterials mit dem Dotiermaterial die Suszeptibilität örtlich variiert. Dadurch kann die T2*-Relaxationszeit besonders gering ausfallen und das Material in der MR-Bildgebung verringerte Sichtbarkeit aufweisen. Für den Fall, dass das Material darüber hinaus noch eine makroskopische gemittelte Suszeptibilität aufweist, welche einen der oben genannten Werte aufweist, tritt neben diesen Effekt der verringerten MR-Sichtbarkeit der weitere Effekt der Suszeptibilitäts-Anpassung: z. B. können an der Grenzfläche Luft – Gewebe Suszeptibilitäts-Gradienten auftreten, d. h. Änderungen der Suszeptibilität als Funktion des Ortes. Z. B. an der Hautoberfläche verändert sich der Wert der magnetischen Suszeptibilität von χ = 0.38·10^–6 zu χ = 9·10^–6. Dies kann bewirken, dass der lokale Magnetfeld-Wert in und um diesen Bereich vom Wert des Grundmagnetfelds in der MR-Anlage abweicht. Dann kann eine MR-Bildgebung sog. Suszeptibilitäts-Artefakte in diesem Bereich aufweisen, z. B. eine Verschiebungen in den MR-Bildern etc.
Weist aber das Material einen entsprechend angepassten Wert auf, so kann z. B. wenn das Material für nahe am Körper befindliche Komponenten der MR-Anlage wie HF-Spulen oder Shim-Kissen verwendet wird, erreicht werden, dass keine signifikanten Suszeptibilitäts-Gradienten an der Grenzfläche Material – Gewebe auftreten. In anderen Worten kann die Suszeptibilitäts-Fehlanpassung in Bereiche verlagert werden, die nicht zur MR-Bildgebung beitragen. Die Suszeptibilitäs-Artefakte in den MR-Bildern können dadurch verringert werden.
Es ist aber auch möglich, dass das Material eine von diesen oben genannten Werten von Wasser oder Gewebe oder organischem Material oder Luft abweichende Suszeptibilität aufweist. Dies kann z. B. vorteilhaft sein, um eine besonders verringerte MR-Sichtbarkeit zu erreichen. Eine Optimierung der Materialeigenschaften kann dann in anderen Worten hinsichtlich der Verringerung der MR-Sichtbarkeit erfolgen, was primär die mikroskopische Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität betrifft; während die makroskopische Suszeptibilität zweitrangig sein kann.
Es ist z. B. insbesondere möglich, dass das Material ein magnetisches, in einem weiteren Anteil zugemischtes, weiteres Dotiermaterial umfasst, wobei z. B. innerhalb des Volumens eine homogene Durchmischung des Trägermaterials und des Dotiermaterials und des weiteren Dotiermaterials vorliegen kann und wobei ein Vorzeichen einer Suszeptibilität des weiteren Dotiermaterials ungleich einem Vorzeichen einer Suszeptibilität des Dotiermaterials sein kann. Also kann z. B. das Dotiermaterial paramagnetisch sein und das weitere Dotiermaterial diamagnetisch sein (oder andersherum). Es ist auch möglich, dass das Dotiermaterial oder das weitere Dotiermaterial ferromagnetisch sind.
In einem solchen Fall kann z. B. der Effekt einer besonders geringen T2*-Relaxationszeit erreicht werden, da die mikroskopischen Suszeptibilitäts-Gradienten besonders große Werte annehmen bzw. innerhalb eines Voxels der MR-Bildgebung viele unterschiedliche lokale Magnetfeldstärken vorliegen. Gleichzeitig kann es möglich sein, durch gezieltes Wählen des Anteils und des weiteren Anteils in Abhängigkeit von den Suszeptibilitäten der Dotiermaterialien den Wert der makroskopischen Suszeptibiltität des Materials geeignet einzustellen.
Im Allgemeinen können dem Trägermaterial (Suszeptibilität χ_B) N Dotiermaterialien zugemischt werden, welche jeweils eine Suszeptibilität χ_n aufweisen. Dann ergibt sich die makroskopische Suszeptibilität zu:
wo V_B, V_Dn die jeweiligen Volumenanteile des Trägermaterials bzw. der Dotiermaterialien sind. Deshalb gilt:
Zum Beispiel folgt aus Gleichung 1 für zwei Dotiermaterialien, nämlich Graphit Pulver χ_D1 = –205·10^–6 und Palladium Pul_ver χ_D2 = –806·10^–6, die jeweils zu V_D1 = 5,20% _bzw. V_D2 = 0,20% einem nichtmagnetischen χ_B = 0 Trägermaterial beigemischt werden: χ_m = –9·10^–6. Dies entspricht einem Wert von menschlichem Gewebe. Hierbei kann das Trägermaterial z. B. ABS GP22 sein.
Es wäre z. B. auch möglich zu diesem Trägermaterial V_D1 = 5% Graphit bzw. V_D2 = 0,50% oder V_D2 = 1,00% Palladium zuzumischen, was makroskopische Suszeptibilitäten von –6,6 ppm bzw. –2,6 ppm ergibt.
Obige Beispiele sind rein illustrativ. Im Allgemeinen können der Anteil und der weitere Anteil unterschiedlich sein, sodass eine makroskopische Suszeptibilität gleich einem bestimmten Wert ist. Insbesondere kann die makroskopische Suszeptibilität des Materials durch Zumischung eines Dotiermaterials und eines weiteren Dotiermaterials z. B. gleich dem Wert von Wasser, Luft, Gewebe oder organischem Material sein. Insbesondere kann auch die Korngröße des weiteren Dotiermaterials z. B. kleiner als 200 μm sein bzw. vorzugsweise kleiner als 100 μm sein bzw. besonders vorzugsweise kleiner als 10 μm sein. Im Allgemeinen können entsprechende Anforderungen bzw. die gleichen Anforderungen an das weitere Dotiermaterial gestellt werden, wie sie in Bezug auf das Dotiermaterial voranstehend erläutert wurden.
Hierbei ist es insbesondere möglich, dass das weitere Dotiermaterial eine anisotrope Suszeptibilität aufweist. Das weitere Dotiermaterial kann bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität eine mittlere Orientierung entlang der vorbestimmten Richtung aufweisen. In einem solchen Fall können für das weitere Dotiermaterial Effekte erreicht werden, die denjenigen Effekten entsprechen, die für das Dotiermaterial wie obenstehend dargelegt erreicht werden können.
Es ist auch möglich, dass eine Standardabweichung der Orientierung des Dotiermaterials und eine Standardabweichung der mittleren Orientierung des weiteren Dotiermaterials unterschiedlich sind. Dies kann z. B. aufgrund verschiedener Kristallstrukturen bewirkt werden, welche eine leichtere, bzw. weniger leichte Ausrichtung der Dotiermaterialien zu dem Trägermaterial mit gegebener Viskosität erlauben. Insbesondere kann dann eine gezielte Beeinflussung der mikroskopischen Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität und der makroskopischen Suszeptibilität des Materials erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage. Das Verfahren umfasst das Aufschmelzen eines Trägermaterials aus Kunstoff mittels eines Extruders und das Zumischen eines Anteils eines magnetischen Dotiermaterials, wobei das Dotiermaterial eine anisotrope Suszeptibilität aufweist und wobei das Zumischen derart erfolgt, dass innerhalb eines Volumens von kleiner als 1 mm³ eine homogene Durchmischung des Trägermaterials mit dem Dotiermaterial vorliegt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Anwenden eines Magnetfelds entlang einer vorbestimmten Richtung auf das gemischte Material, derart dass das Dotiermaterial bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität eine mittlere Orientierung entlang der vorbestimmten Richtung aufweist.
Da die magnetische Anisotropie der Suszeptibilität auch mit der Kristallstruktur des Dotiermaterials korreliert sein kann, ist es auch möglich die Form des Dotiermaterials zur Ausrichtung zu verwenden. Hierzu könnten z. B. Strömungseffekte bei der Herstellung eines Kunststoffspritzteils aus dem Material mit der Form des Dotiermaterials genutzt werden, um eine Orientierung der Richtung z. B. maximaler Suzeptibilität entlang der vorbestimmten Richtung zu erreichen. Derart kann es möglich sein, gleichzeitig die formabhängigen Demagnetisierungsfaktoren zu maximieren.
Zum Beispiel kann das Magnetfeld mit einer Ortsabhängigkeit seiner Stärke und/oder seiner Orientierung angewendet werden, sodass die mittlere Orientierung und/oder die Standardabweichung der Orientierung die Ortsabhängigkeit aufweisen, wobei die Ortsabhängigkeit eine charakteristische Länge von kleiner als 1 mm aufweist.
Eine Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität auf mikroskopischen Längenskalen kann, wie obenstehend erläutert, z. B. durch die lokalen Konzentrationsschwankungen des Dotiermaterials erreicht werden. Es ist aber auch möglich eine Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität durch eine Ortsabhängigkeit der Orientierung bzw. der Standardabweichung der Orientierung des Dotiermaterials bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität zu erreichen. Dies kann den Vorteil haben, dass die Ortsabhängigkeit besonders gut zu steuern ist. Typischerweise kann nämlich das Magnetfeld während der Herstellung besonders präzise in Stärke und Orientierung gesteuert werden. Die Durchmischung des Träger- und des Dotiermaterials kann aber möglicherweise nicht deterministisch mikroskopisch steuerbar sein und statistischen Gesetzmäßigkeiten unterworfen sein.
Mit einem Material, welches gemäß dem gegenwärtig diskutierten Verfahren hergestellt wird, können Effekte erzielt werden, die denjenigen Effekten entsprechen, die mit einem Material zur Verwendung in einer MR-Anlage gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzielt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzanlage mit einem sensitiven Bereich, wobei die Magnetresonanzanlage eingerichtet ist, um innerhalb des sensitiven Bereichs Magnetresonanz-Daten zur Bildgebung zu erfassen, wobei die Magnetresonanzanlage zur Bildgebung Komponenten innerhalb des sensitiven Bereichs umfasst. Die Magnetresonanzanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten ein Material zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage gemäß einem voranstehend diskutierten Aspekt der Erfindung umfassen. Zum Beispiel können die Komponenten Hochfrequenz-Spulen betreffen, einen Tisch oder eine Liege zum Einbringen des Patienten in die MR-Anlage oder Shim-Kissen betreffen. Wird für die Herstellung solcher Komponenten ein Material gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet, so können diese Komponenten eine verringerte Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufweisen. Vorteilhafterweise können diese Komponenten auch eine an die Suszeptibilität der Umgebung angepasste magnetische Suszeptibilität aufweisen, sodass Suszeptibilitäts-Artefakte in der MR-Bildgebung verringert werden können.
Insbesondere kann eine Anordnung der Komponenten derart erfolgen, dass die vorbestimmte Richtung im Wesentlichen parallel zu einem Gründungseffekt der MR-Anlage ist. Dann kann nämlich z. B. eine besonders große Komponente der Suszeptibilität des Dotiermaterials parallel zu dem Grundmagnetfeld stehen. Dadurch kann eine besonders geringe Sichtbarkeit des Materials in den MR-Bildern erreicht werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
1 ein Material mit Trägermaterial und zugemischten Dotiermaterial darstellt, dessen Suszeptibilität entlang einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist;
2 eine Korngrößenverteilung des Dotiermaterials darstellt und eine Verteilung der Orientierung der Suszeptibilität darstellt;
3 eine Magnetfeldvariation auf einer ersten charakteristischen Längenskala aufgrund einer Suszeptibilitäts-Fehlanpassung darstellt;
4 eine Magnetfeldvariation auf einer zweiten charakteristischen Längenskala aufgrund von mikroskopischen Suszeptibilitäts-Gradienten und der Orientierung der Suszeptibilität darstellt, wobei die zweite charakteristische Längenskala kleiner als die charakteristische Längenskala der 3 ist;
5 ein Material mit Trägermaterial und zugemischten Dotiermaterial und weiterem Dotiermaterial darstellt;
6 Komponenten einer MR-Anlage illustriert;
7 ein Polar-Plot einer Suszeptibilität des Dotiermaterials ist und eine magnetische Anisotropie illustriert;
8 die magnetische Anisotropie von Graphit und Kohlenstoff-Nanoröhrchen illustriert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
1 stellt ein Material 1 dar, welches sich aus einem Trägermaterial 2 und einem zugemischten Dotiermaterial 3 zusammensetzt. Das Dotiermaterial ist in Körnern bzw. Clustern in Trägermaterial 2 eingebettet dargestellt. Eine Körngröße 20 ist indiziert.
In 2 links ist eine Korngrößenverteilung 21, d. h. eine Häufigkeit verschiedener Korngrößen, exemplarisch dargestellt. Das Maximum der Korngrößenverteilung 21 kann z. B. die Korngröße 20 bezeichnen. In 2 wird die Korngrößenverteilung 21 durch eine Gauss-Kurve beschrieben. Zum Beispiel kann die Korngröße 20 kleiner als 200 μm sein, vorzugsweise kleiner als 100 μm sein, besonders vorzugsweise kleiner als 10 μm.
Wieder Bezug nehmend auf 1 ist ersichtlich, dass lokale Konzentrationsabweichungen des Dotiermaterials bzw. des Trägermaterials von einem makroskopischen Mittelwert der Konzentrationen vorliegen. Dies liegt an den Körnern bzw. Clustern des Dotiermaterials 3. Eine homogene Durchmischung, also eine Durchmischung, bei der die Konzentrationen von Träger- und Dotiermaterial gleich dem makroskopischen Wert im Grenzfall großer Volumen entsprechen, wird für ein Volumen 10 mit einer Größe von 1 mm³ erreicht. In anderen Worten variiert die Konzentration der beteiligten Materialen 2, 3 mikroskopisch mit einer charakteristischen Länge von etwa 1 mm.
Wird über größere Längen gemittelt, so werden Werte gleich dem makroskopischen Mittelwert erhalten.
Solche Parameter hängen z. B. von dem Fertigungsprozess ab. So kann eine Vorbehandlung des Dotiermaterials eine geringere Korngröße und derart eine besonders homogene und feine Durchmischung bewirken. Zum Beispiel kann das Trägermaterial 2 ein Kunststoff sein, z. B. ABS GP22. Die Verwendung z. B. eines Doppelschneckenextruders zum Einschmelzen des Kunststoffs kann eine besonders feine und homogene Durchmischung erlauben.
Das Dotiermaterial 3 ist ein magnetisches Material, d. h. es weist eine magnetische Suszeptibilität ungleich 0 auf. Das Dotiermaterial 3 kann z. B. ferromagnetisch, dia- oder paramagnetisch sein. Das Dotiermaterial 3 kann insbesondere eine magnetische Suszeptibilität aufweisen, welche von der magnetischen Suszeptibilität des Trägermaterials 2 verschieden ist. Dies bewirkt, dass auf der oben genannten charakteristischen Längenskala, d. h. innerhalb des Volumens 10, Suszeptibilitäts-Änderungen auftreten, d. h. lokale Schwankungen in der Suszeptibilität. Das bedeutet, dass abhängig vom Ort innerhalb des Volumens 10 unterschiedliche Suszeptibilitätswerte vorliegen. Zum Beispiel kann das Dotiermaterial 3 Graphit oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Wismut oder Platin oder Chrom oder Wolfram oder Ferritin oder Palladium sein. Es kann zu Anteilen von z. B. 5–15 Gewichtsprozent bzw. Volumenprozent zugemischt sein.
Zum Beispiel kann das Material 1 für Komponenten innerhalb einer MR-Anlage verwendet werden. Dort liegt typischerweise ein Grundmagnetfeld zur Polarisierung der Kernspins vor. Aufgrund der örtlich unterschiedlichen Suszeptibilitäten innerhalb des Volumens 10 variiert das Grundmagnetfeld 10 innerhalb des Volumens 10. Deshalb dephasieren Kernspins an unterschiedlichen Orten innerhalb des Volumens 10 unterschiedlich schnell. Integriert die MR-Anlage zur MR-Bildgebung über das Volumen 10, 50 weist das Material 1 eine verringerte Sichtbarkeit auf, da die T2*-Relaxationszeit herabgesetzt ist. Insbesondere kann dies auf sog. Gradient-Echo MR-Aufnahme sequenzen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, zutreffen. Eine Integration zur MR-Bildgebung über das Volumen 10 (sog. Voxel) kann z. B. durch eine begrenzte Ortsauflösung der MR-Anlage bedingt sein, bzw. aufgrund einer begrenzten Sensitivität notwendig sein, die es erfordert, zur Erhöhung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses entsprechend akkumulierte Messwerte zu erfassen.
Es sollte verstanden werden, dass bei einer weniger homogenen Durchmischung des Materials 1, z. B. insbesondere einer Durchmischung des Materials, welche auf einer charakteristischen Längenskala vorliegt, die größer als die Ortsauflösung der MR-Anlage ist, eine vergleichsweise weniger verringerte T2*-Relaxationstzeit vorliegen kann. Dann kann nämlich innerhalb des Volumens 10 eine geringere Variation der Magnetfeldstärke vorhanden sein, sodass keine unterschiedlichen Dephasierungs-Bedingungen für die Kernspins vorliegen.
Das Dotiermaterial 3 in 1 weist eine anisotrope Suszeptibilität auf. Dies bedeutet, dass es eine Richtung 201 maximaler absoluter Suszeptibilität gibt, sog. harte Achse. 7 illustriert die magnetische Anisotropie anhand eines Polar-Plots der Suszeptibilität (durchgezogene und gestrichelte Linie). Gezeigt ist ein Absolutwert der Anisotropie. Dort ist ersichtlich, dass es auch Richtungen 201a geringerer Suszeptibilität geben kann. Die Orientierung der harten Achse 201 kann z. B. durch eine Kristallstruktur des Dotiermaterials 3 bestimmt sein. Dazu illustriert 8 oben die Ausrichtung der harten Achse 201 für in hexagonaler Schichtstruktur angeordnetes diamagnetisches Graphit 221. Die harte Achse 201 zeigt senkrecht zur Schichtebene. 8 unten illustriert die entsprechende Situation für Kohlenstoff-Nanoröhrchen 220. Die harte Achse 201 zeigt senkrecht zur Längsachse der Röhrchen 220. Wie aus 1 ersichtlich, weist das Dotiermaterial 3 eine solche Orientierung auf, dass die Achse maximaler absoluter Suszeptibilität 201 über das Volumen 10 parallel zu der vorbestimmten Richtung 200 steht. Jedoch weisen einzelne Körner bzw. Cluster des Dotiermaterials 3 eine von der Richtung 200 abweichende Orientierung auf. Dies ist in 2 rechts dargestellt, wo eine Verteilung der Orientierung 204 dargestellt ist. Die Verteilung der Orientierung 204 wird durch eine Gauss-Verteilung mit bestimmter Standardabweichung der Orientierung 203a beschrieben. Das Maximum der Verteilung 204, also die mittlere Orientierung 203, befindet sich parallel zu der vorbestimmten Richtung 200.
Dies kann den Effekt haben, dass in der MR-Anlage bei entsprechender Ausrichtung des Grundmagnetfelds parallel zur Richtung 200 eine maximale Ortsabhängigkeit auf der charakteristischen Längenskala der Suszeptibilität erreicht werden kann. Dadurch kann eine besonders verringerte Sichtbarkeit des Materials 1 in der MR-Bildgebung erreicht werden.
Die verschiedenen erwähnten charakteristischen Längenskalen sind in den 3 und 4 dargestellt. In 3 ist für einen abrupten Sprung der lokalen Suszeptibilität 31 (durchgezogene Linie, rechte Skala) ein Wert des Magnetfelds 30 (gestrichelte Line, linke Skala) als Funktion des Orts 32 dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich ist, weicht der Wert des Magnetfelds 30 in einem Bereich um den Suszeptibilitäts-Sprung von einem konstanten Wert (z. B. dem Wert des Grundmagnetfelds in der MR-Anlage) ab. Zum Beispiel kann der Sprung beim Übergang von Luft in menschliches Gewebe, also an der Hautoberfläche, auftreten.
Eine typische Längenskala der 3, d. h. eine Längenskala auf der der Wert des Magnetfelds 30 variiert, sind Zentimeter, etwa 5–10 cm. Jedoch ist ein Voxel bzw. eine Ortsauflösung einer typischen MR-Anlage wesentlich kleiner – in typischen MR-Anlagen wird eine Ortsauflösung von 1 mm erreicht. Eine Seitenlänge des entsprechenden Volumens 10 ist für die Länge I-I' indiziert. Auf einer solchen Längenskala variiert das Magnetfeld 30 in dem Szenario der 3 aber nicht oder lediglich geringfügig. Deshalb läge innerhalb eines Voxels ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld vor und es würde keine oder lediglich eine geringfügig verringerte MR-Sichtbarkeit erreicht werden.
Entsprechend ist in 4 oben der Wert des Magnetfelds 30 als Funktion des Ortes 32 für eine Suszeptibilität 31 dargestellt, die auf einer wesentlich kürzeren Längenskala variiert. Entsprechend zur Suszeptibilität 31 kann auch die Orientierung des Dotiermaterials 3 bzw. die Standardabweichung der Orientierung 203a variieren. Dies bewirkt als Folge wiederum eine entsprechende Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität 31. Gleiche Längen I-I' sind jeweils in 3 und 4 indiziert. Eine solche Variation der Suszeptibilität 31 als Funktion des Ortes 32 kann z. B. für das Material 1 gemäß einem Aspekt der Erfindung erreicht werden, wenn die Durchmischung von Träger- und Dotiermaterial 2, 3 innerhalb des Volumens 10 von kleiner als 1 mm³ homogen ist, also eine besonders feine Durchmischung vorliegt. Zum Beispiel kann die Länge I-I' eine Länge von 1 mm bezeichnen. Wie aus 4 ersichtlich, kann dann das Magnetfeld 30 innerhalb eines Voxels der MR-Bildgebung unterschiedliche Werte annehmen, sodass die T2*-Relaxationszeit des Materials 1 reduziert ist, z. B. nur einen Faktor 2 oder 4 gegenüber der T2*-Relaxationszeit des Trägermaterials 2.
In 4 unten ist eine Orientierung 30a des Magnetfelds dargestellt. Da die Magnetisierung der Körner des Dotiermaterials 3, siehe 1, im Allgemeinen unterschiedlich orientiert sein kann, kann auch die Orientierung 30a der Magnetfelds auf der charakteristischen Längenskala variieren. Auch dies kann einen Einfluss auf die T2*-Relaxationszeit haben.
In 5 ist das Material 1 dargestellt, welches neben dem Dotiermaterial 3 ein weiteres Dotiermaterial 4 umfasst. Das weitere Dotiermaterial 4 kann auch magnetisch sein. Insbesondere kann das weitere Dotiermaterial 4 eine magnetische Suszeptibilität aufweisen, welche gegenüber der magnetischen Suszeptibilität des Dotiermaterials 3 ein unterschiedliches Vorzeichen aufweist. In anderen Worten kann z. B. das Dotiermaterial 3 paramagnetisch oder ferromagnetisch (diamagnetisch) sein, während das weitere Dotiermaterial 4 diamagnetisch (paramagnetisch oder ferromagnetisch) ist.
Durch die Verwendung des Materials 1 können zwei Effekte bewirkt werden: Erstens kann die Ortsabhängigkeit der Suszeptibilität innerhalb des Volumens 10 besonders stark ausfallen. Dadurch kann das lokale Magnetfeld besonders stark schwanken, sodass die T2*-Relaxationszeit der Kernspins besonders stark reduziert sein kann. Das Material 1 kann also eine verringerte Sichtbarkeit in der MR-Bildgebung aufweisen. Zweitens kann durch geeignete Wahl der Anteile der Dotiermaterialien 3, 4 basierend auf deren Suszeptibilitäten erreicht werden, dass die makroskopische Suszeptibilität des Materials 1 gleich einem vorbestimmten Wert ist, z. B. gleich Luft, Wasser, Gewebe oder organischem Material. Dies wird durch obenstehende Gleichungen 1 und 2 beschrieben. Dies kann es erlauben, Suszeptibilitäts-Artefakte in der MR-Bildgebung zu verringern. Suszeptibilitäts-Artefakte können durch örtliche Abweichungen der Magnetfeldstärke 30, wie sie in 3 illustriert sind, entstehen. Jedoch sollte verstanden werden, dass die für diese beiden Effekte maßgeblichen Längenskalen unterschiedliche Größenordnungen aufweisen, wie in Bezug auf die 3 und 4 voranstehend erläutert wurde.
Die Dotiermaterialen 3, 4 in 5 sind durch eine magnetische Anisotropie charakterisiert. Die harte Achse 201 der Dotiermaterialien 3, 4 ist im Mittel parallel zu der vorbestimmten Richtung 200. Im Allgemeinen kann z. B. aufgrund unterschiedlicher Korngrößen etc. eine Standardabweichung der Orientierung der Dotiermaterialien 3, 4 unterschiedliche Werte annehmen.
In 6 sind beispielhaft Komponenten 41, 42, 43 illustriert, welche teilweise oder überwiegend aus dem Material 1 gefertigt sein können. Ein Tisch oder Liege 41, auf der ein Patient in die MR-Anlage eingebracht werden kann, ist dargestellt. Weiterhin ist eine HF-Lokalspule 42 dargestellt, welche zur Erfassung von MR-Signalen bzw. zur Anregung der Magnetisierung durch Einstrahlen von HF-Pulsen verwendet werden kann. Auch sichtbar ist ein Shimkissen 43. Das Shimkissen 43 weist eine bestimmte Suszeptibilität auf, etwa die Suszeptibilität von menschlichem Gewebe. Wird das Shimkissen nahe dem menschlichen Körper während der MR-Bildgebung platziert, so tritt ein Sprung der Suszeptibilität, wie er in 3 illustriert ist, an Orten auf, welche nicht Teil der MR-Bildgebung sind (z. B. an der Grenzfläche Luft-Shimkissen). Dadurch können Suszeptibilitäts-Artefakte, z. B. nahe der Haut, verringert werden.
Also kann durch die Dotierung des MR-bildgebenden Trägermaterials 2 mit magnetischen bzw. schwach magnetischen Dotiermaterialien 3, 4, welche z. B. als Mikro- oder Nanopartikel ausgeführt sind, eine Verringerung der MR-Sichtbarkeit des Materials 1 erreicht werden. Dies erlaubt es insbesondere, alle gängigen Materialien, z. B. herkömmliche Kunststoffe, auch in bildgebenden Volumen der MR-Anlage einzusetzen. Dadurch können Kosten gespart werden, neue mechanische Funktionen realisiert werden, z. B. flexiblere Spulen, Spulen mit Kunststoffgelenken, leichtere Patiententische etc., und der Patientenkomfort kann verbessert werden. Als Trägermaterialien 2 eignen sich insbesondere Thermoplaste, thermoplastische Elastomere, Elastomere, Duroplaste und Schaumstoffe. Als Dotiermaterialien 3 eignen sich diamagnetische Materialien, insbesondere stark diamagnetische Werkstoffe, wie Graphit und Wismut, sowie die gesamte Palette der paramagnetischen Werkstoffe. Das Dotiermaterial 3 bzw. das weitere Dotiermaterial 4 kann in einem Bereich von 1–80 Gewichtsprozent, vorzugsweise in einem Bereich von 5–15 Gewichtsprozent, besonders vorzugsweise in einem Bereich von 9–11 Gewichtsprozent zugegeben werden. Die Partikelgröße kann z. B. 100 μm, bevorzugt kleiner 10 μm betragen. Insbesondere im Fall von Nanopartikeln mit Korngrößen von kleiner 100 nm können auch ferromagnetische Werkstoffe eingesetzt werden.
In der Aufbereitung der Mischung des Trägermaterials 2 mit den Dotiermaterialien 3, 4 können Doppelschneckenextruder vorteilhaft eingesetzt werden, da hier eine besonders feine und homogene Verteilung und Durchmischung der Materialien 2, 3, 4 erreicht wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.

Claims

Material (1) zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, wobei das Material (1) ein Trägermaterial (2) und ein in einem bestimmten Anteil zugemischtes magnetisches Dotiermaterial (3) umfasst, wobei das Dotiermaterial (3) eine anisotrope Suszeptibilität (210) aufweist, wobei das Dotiermaterial (3) in einem Volumen von 1 mm³ bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität (210) eine mittlere Orientierung (203) entlang einer vorbestimmten Richtung (200) aufweist und wobei innerhalb eines Volumens (10) des Materials (1), das kleiner als 1 mm³ ist, eine im Wesentlichen homogene Durchmischung des Trägermaterials (2) und des Dotiermaterials (3) vorliegt.
Material (1) nach Anspruch 1, wobei das Dotiermaterial (3) die mittlere Orientierung (203) innerhalb des Volumens des Materials (1), das kleiner als 1 mm³ ist, aufweist.
Material (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mittlere Orientierung (203) und/oder eine Standardabweichung (203a) der mittleren Orientierung (203) eine Ortsabhängigkeit aufweisen, wobei die Ortsabhängigkeit eine charakteristische Länge von kleiner als 1 mm aufweist.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mittlere Orientierung (203) eine maximierte Suszeptibilität entlang der vorbestimmten Richtung (200) bewirkt.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Standardabweichung (203a) der mittleren Orientierung (200) kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 20°, besonders vorzugsweise kleiner als 10° ist.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Korngröße des Dotiermaterials (3) kleiner als 200 μm ist, vorzugsweise kleiner als 10 μm ist.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Anteil in dem Bereich von 0.1%–80%, vorzugsweise in dem Bereich von 1%–20%, besonders vorzugsweise in dem Bereich von 9–11% liegt.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Trägermaterial (2) aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Thermoplaste, thermoplastische Elastomere, Elastomere, Duroplaste, Schaumstoffe, Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS)-Kunstoff.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Dotiermaterial (3) aus einer ersten Gruppe von diamagnetischen Materialien ausgewählt wird, welche die Elemente umfasst: Graphit (221), Kohlenstoff-Nanoröhrchen (220), Wismut; oder aus einer zweiten Gruppe von paramagnetischen Materialien ausgewählt wird, welche die Elemente umfasst: Platin, Chrom, Wolfram, Ferritin.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Material (1) eine makroskopische magnetische Suszeptibilität aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Suszeptibilität von Wasser oder Gewebe oder organischem Material oder Luft ist.
Material (1) nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das Material (1) eine makroskopische magnetische Suszeptibilität aufweist, die ungleich mindestens einer Suszeptibilität von Wasser oder Gewebe oder organischem Material oder Luft ist.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Material (1) eine T2*-Relaxationszeit von Kernspins in dem Volumen, das kleiner als 1 mm³ ist, aufweist, welche um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 4 geringer als die entsprechende T2*-Relaxationszeit des Trägermaterials (2) ist.
Material (1) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Material (1) ein magnetisches, in einem weiteren Anteil zugemischtes, weiteres Dotiermaterial (4) umfasst, wobei ein Vorzeichen einer Suszeptibilität des weiteren Dotiermaterials (4) ungleich einem Vorzeichen einer Suszeptibilität des Dotiermaterials (3) ist und wobei innerhalb des Volumens (10), das kleiner als 1 mm³ ist, eine im Wesentlichen homogene Durchmischung des Trägermaterials (2) und des Dotiermaterials (3) und des weiteren Dotiermaterials (4) vorliegt.
Material (1) nach Anspruch 13, wobei das weitere Dotiermaterial (4) eine anisotrope Suszeptibilität aufweist und wobei das weitere Dotiermaterial (4) bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität eine mittlere Orientierung (203) entlang der vorbestimmten Richtung (200) aufweist.
Material (1) nach Anspruch 14, wobei eine Standardabweichung (203a) der mittleren Orientierung (200) des Dotiermaterials (3) und eine Standardabweichung (203a) der mittleren Orientierung (200) des weiteren Dotiermaterials (4) unterschiedlich sind.
Verfahren zum Herstellen eines Materials (1) zur Verwendung in einer Magnetresonanzanlage, wobei das Verfahren umfasst: – Aufschmelzen eines Trägermaterials (2) aus Kunstoffmittels eines Extruders, – Zumischen eines Anteils eines magnetischen Dotiermaterials (3, 4), wobei das Dotiermaterial (3, 4) eine anisotrope Suszeptibilität aufweist und wobei das Zumischen derart erfolgt, dass innerhalb eines Volumens (10) von kleiner als 1 mm³ eine homogene Durchmischung des Trägermaterials (2) mit dem Dotiermaterial (3, 4) vorliegt, – Anwenden eines Magnetfelds entlang einer vorbestimmten Richtung (200) auf das gemischte Material (1), derart dass das Dotiermaterial (3, 4) bezüglich seiner anisotropen Suszeptibilität eine mittlere Orientierung (203) entlang der vorbestimmten Richtung (200) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Magnetfeld mit einer Ortsabhängigkeit seiner Orientierung und/oder Stärke angewendet wird, sodass die mittlere Orientierung (203) und/oder eine Standardabweichung (203a) der Orientierung (203) die Ortsabhängigkeit aufweisen, wobei die Ortsabhängigkeit eine charakteristische Länge von kleiner als 1 mm aufweist.
Material, wobei das Verfahren verwendet wird, um das Material (1) nach Anspruch 16 oder 17 herzustellen.
Magnetresonanzanlage mit einem sensitiven Bereich, wobei die Magnetresonanzanlage eingerichtet ist, um innerhalb des sensitiven Bereichs Magnetresonanz-Daten zur Bildgebung zu erfassen, wobei die Magnetresonanzanlage zur Bildgebung Komponenten innerhalb des sensitiven Bereichs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten ein Material (1) nach einem der Ansprüche 1–15 umfassen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 19, wobei die Komponenten derart angeordnet werden, dass die vorbestimmte Richtung (200) im Wesentlichen parallel zu einem Grundmagnetfeld der Magnetresonanzanlage steht.