DE69730976T2

DE69730976T2 - Vorrichtung zur untersuchung mittels magnetischer kernresonanz

Info

Publication number: DE69730976T2
Application number: DE69730976T
Authority: DE
Inventors: Johannes Lambertus OOSTERWAAL
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: WO1998002092A1; JPH11501858A; EP0920279B1; EP0920279A1; DE69730976D1; US5987672A; JP4070814B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanz-Untersuchungsgerät, mit einer Untersuchungszone zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Objektes, wobei ein Bauteil aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffmaterial zumindest, wenn das Gerät in einem Betriebszustand ist, in der Untersuchungszone liegt. Die Erfindung betrifft auch einen Patiententisch zur Verwendung in einem Gerät dieser Art.
Ein Gerät dieser Art ist aus US-A-5 416 413 (PHD 92 100) bekannt. Das bekannte Gerät umfasst einen Träger für ein Spulensystem, wobei der Träger aus einem nicht leitfähigen synthetischen (Kunststoff-)Material hergestellt ist. Wenn das Gerät in Betrieb ist, liegt der Träger in einer Untersuchungszone, in der ein starkes, homogenes Magnetfeld, Gradientenmagnetfelder und ein HF-Magnetfeld erzeugt werden. Somit kann das Gerät z. B. für Magnetresonanz-(MR-)Bildgebung oder Spektroskopie eines in der Untersuchungszone zu platzierenden Objektes verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass in manchen Experimenten Kunststoffteile sichtbar werden oder an unbekannten und unvorhersehbaren Stellen in den Bildern und Spektren Artefakte ergeben. Ergebnisse einer Untersuchung dieses Phänomens sind in Magnetic Resonance in Medicine, 13, 498–503 (1990) veröffentlicht worden. Aus dieser Veröffentlichung wird deutlich, dass viele Materialien, die im Hinblick auf dielektrische Eigenschaften und/oder Bearbeitbarkeit zur Herstellung von in der Untersuchungszone zu verwendenden Bauteilen sehr geeignet wären, nicht eingesetzt werden können, weil sie sichtbar werden oder vorstehend erwähnte Artefakte ergeben.
Der Erfindung liegt daher als Aufgabe zugrunde, ein Gerät der dargelegten Art zu verschaffen, das bei der Wahl von Kunststoffmaterialien für die Herstellung von Bauteilen eine größere Freiheit bietet als das bekannte Gerät. Das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial einen Zusatz aus einem paramagnetischen Material umfasst. Die Erfindung beruht auf der folgenden Erkenntnis: Viele Kunststoffmaterialien enthalten freie Protonen, die mit MR detektiert werden können. Zu setzen einer geringfügigen Menge eines paramagnetischen Materials wird lokale Störungen in dem von diesen freien Protonen erfahrenen Magnetfeld verursachen, wodurch die Detektierbarkeit dieser Protonen wesentlich verringert wird.
Es hat sich gezeigt, dass gute Ergebnisse erhalten werden, wenn die Menge paramagnetisches Material in dem Kunststoffmaterial zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegt. Alle paramagnetischen Materialien sind geeignet, aber die besten Ergebnisse sind mit Mangan und Bismut erhalten worden. Geeignete Kunststoffmaterialien sind die Polymere, wobei ein gutes Beispiel Polyurethan ist, das eine erhebliche Verbesserung zeigte, wenn ein paramagnetisches Material hinzugesetzt wurde.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen deutlich werden.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Untersuchungsgerätes,
2 zeigt eine Seitenansicht des Gerätes von 1 und
3 zeigt eine graphische Darstellung, die die mit der Erfindung erhaltenen Verbesserungen veranschaulicht.
Das in 1 schematisch dargestellte MR-Gerät umfasst ein erstes Magnetsystem 1 zum Erzeugen eines Dauermagnetfeldes H, ein zweites Magnetsystem 3 zum Erzeugen von magnetischen Gradientenfeldern und eine Stromversorgungsquelle 7 für das zweite Magnetsystem 3. Eine Hochfrequenz(HF)-Spule 9 dient zum Erzeugen eines hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes; hierzu ist sie an eine HF-Quelle 11 angeschlossen. Die HF-Spule 9 kann auch zur Detektion von Spinresonanzsignalen verwendet werden, die von dem gesendeten HF-Feld in einem zu untersuchenden Objekt (nicht abgebildet) generiert worden sind; hierzu ist sie an eine HF-Empfängereinrichtung angeschlossen, die einen Signalverstärker 13 umfasst. Der Ausgang des Signalverstärkers 13 mit einer Detektorschaltung 15 verbunden, die mit einer zentralen Steuerungseinrichtung 17 verbunden ist. Die zentrale Steuerungseinrichtung 17 steuert auch einen Modulator 19 für die HF Quelle 11, die Stromversorgungsquelle 7 und einen Monitor 21 zur Wiedergabe. Ein HF-Oszillator 23 steuert den Modulator 19 sowie den Detektor 15, der die Messsignale verarbeitet. Zum Kühlen der Magnetspulen des ersten Magnetsystems 1 ist eine Kühleinrichtung 25 vorgesehen, die Kühlleitungen 27 umfasst. Die innerhalb der Magnetsysteme 1 und 3 angeordnete HF-Spule 9 umschließt einen Messraum oder eine Untersuchungszone 29, die groß genug ist, um einen zu untersuchenden Patienten oder einen Teil eines zu untersuchenden Patienten, beispielsweise den Kopf und den Hals, in einem Gerät für medizinische diagnostische Messungen unterzubringen. So können in der Untersuchungszone 29 ein Dauermagnetfeld H, Gradientenfelder, die Objektschichten auswählen, und ein räumlich homogenes hochfrequentes Wechselfeld erzeugt werden. Die HF-Spule 9 kann die Funktionen einer Senderspule und einer Messspule kombinieren. Alternativ können für die zwei Funktionen verschiedene Spulen verwendet werden, beispielsweise Messspulen in Form von Oberflächenspulen. Auf Wunsch kann die Spule 9 von einem das HF-Feld abschirmenden Faradaykäfig 31 umgeben sein.
2 ist eine Seitenansicht des in 1 schematisch dargestellten Gerätes. Die Magnetsysteme 1 und 3 liegen in einem Gehäuse 33, dass eine kreisförmige zylindrische Bohrung 35 (mit gestrichelten Linien dargestellt) zum Aufnehmen eines Patienten 37 umfasst. Der Patient 37 liegt auf einem Patiententisch 39, der eine abnehmbare Tischplatte 41 umfasst, die in einer Längsrichtung (parallel zur Zylinderachse der Bohrung 35) auf einem Träger 43 verschiebbar ist. Die Tischplatte mit dem darauf liegenden Patienten kann in die Bohrung 35 geschoben werden. Diese Konstruktion wird in US-A-5 014 968 (PHN 12.742) detailliert beschrieben. Die Tischplatte 41 ist aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, gewöhnlich einem Kunststoffmaterial hergestellt. Weitere Teile, beispielsweise ein Gehäuse, das die HF-Spule 9 aufnimmt (1) und eine Kopfauflage, um den Kopf des Patienten 37 zu unterstützen, können auf der Tischplatte 41 liegen. Diese Teile sind in 2 nicht dargestellt. Ein Beispiel für solche Teile wird in US-A-5 285 150 (PHN 14.093) detailliert beschrieben. Auch diese Teile sind gewöhnlich aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt.
Ein Beispiel für ein Kunststoffmaterial, das die Anforderungen hinsichtlich Bearbeitbarkeit und dielektrischen Eigenschaften erfüllt, ist Polyurethan. Der zitierte Artikel in Magnetic Resonance in Medicine 13, 498–503 offenbart jedoch, dass dieses Material ein unakzeptabel hohes MR-Signal für Protonen ergibt. Man glaubt, dass dies durch das Vorhandensein von freien Protonen in dem Polyurethan bewirkt wird. Bauteile aus diesem Material werden geformt, indem gleichzeitig beispielsweise ein Polyol und C-Isocyanat in eine Form gespritzt werden. Diese zwei Chemikalien bilden lange verflochtene Ketten.
C-Isocyanat: O=C=N~~~~~~~~N=C=O
Polyol: HO~~~~~C-O-C~~~~~OH
In Reaktionen wie diesen werden nicht alle OH-Gruppen nach der Reaktion verschwunden sein. Die verbleibenden OH-Gruppen umfassen "freie" Protonen, die mit MR detektierbar sind. Sie haben T2-Relaxationszeiten in der Größenordnung von 20 ms. Es hat sich gezeigt, dass Zusetzen einer geringen Menge aus einem paramagnetischen Material, wie z. B. Mangan oder Bismut, am Ort der freien Protonen lokale Störungen des Magnetfeldes verursachen, wodurch eine Abnahme der T2* bewirkt wird. Dies verringert die Detektierbarkeit dieser freien Protonen erheblich.
Für Testzwecke wurde eine kleine Fertigungseinheit mit einer rechteckigen Form (25 × 15 × 1 cm) in Betrieb genommen, um Testproben mit einer Dichte zu produzieren, die der von tatsächlichen Spulenteilen gleichartig war. In den Zuführbehältern wurde das Polyol mit einer zuvor bestimmten Menge von MnSO₄(+1H₂O) gemischt. Es wurden Proben mit unterschiedlichen Konzentrationen von Mn⁺ hergestellt, wobei eine dieser Proben (Probe A) aus dem Grundmaterial (Polyurethan) bestand, eine andere (Probe B) aus dem Grundmaterial und einem Zusatz von 5 (Gew.-)% MnSO₄ ⁺ + 1H₂O und eine dritte Probe (Probe C) aus dem Grundmaterial und 10 (Gew.-)% des gleichen Zusatzes bestand. Durch chemische Analyse der Proben wurde festgestellt, dass die Konzentrationen von Mn⁺ in den Proben B und C etwa 1,5 bzw. 6,6 Gew.-% betrugen. Die MR-Protonenspektren der Proben wurden in einem MR-Gerät gemessen. Das Ergebnis wird in der graphischen Darstellung von 3 gezeigt.
Die graphische Darstellung zeigt das Signal s, das für jede der Proben A, B und C als Funktion der Frequenz f erhalten worden ist. Die mit D markierte Kurve zeigt das aus dem "leeren" MR-Gerät (dem Gerät ohne eine Probe) erhaltene Signal und die mit E markierte Kurve zeigt das aus einer Probe von 10 ml H₂O als Referenz erhaltene Signal. Der Deutlichkeit halber sind die Kurven A, B, C und D in vertikaler Richtung verschoben worden, um zu verhindern, dass sie überlappen. Tatsächlich fällt die Kurve C innerhalb der Messgenauigkeit mit der Kurve D zusammen. Der Spitzenwert von Kurve B ist etwa drei Mal so groß wie der Spitzenwert von Kurve C und der Spitzenwert von Kurve A ist etwa sechs Mal so groß wie der Spitzenwert von Kurve B. Hieraus wird deutlich, dass das Zusetzen eines paramagnetischen Materials zu einem Kunststoffmaterial in MR-Experimenten die Sichtbarkeit von aus diesem Material hergestellten Teilen signifikant verringert.
Nach diesen erfolgreichen Tests wurde das Zusetzen von Mangan zu Polyurethan bei der normalen Fertigung von Abdeckungen für Kopfspulen verwendet. Weil MnSO₄ nur für Laborzwecke verfügbar ist (es ist ziemlich teuer), wurde beschlossen, MnCO₃ zu verwenden, das als Massenprodukt verfügbar ist. Aus Polyurethan wurden mit diesem Zusatz Abdeckungen hergestellt und die chemische Analyse einer dieser Abdeckungen zeigte, dass die tatsächliche Konzentration von Mn⁺ 0,67% betrug. Als das Protonensignal dieser Abdeckungen in einem MR-Gerät gemessen wurde, ergab sich, dass es um einen Faktor 5 niedriger war als das Signal aus einer Standardabdeckung aus Polyurethan ohne paramagnetischen Zusatz. Aus diesen und anderen Experimenten folgt, dass gute Ergebnisse erhalten werden, wenn die Menge paramagnetisches Material in dem Kunststoffmaterial zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegt.

Claims

Magnetresonanz-Untersuchungsgerät, mit einer Untersuchungszone zum Aufnehmen eines zu untersuchenden Objektes, wobei ein Bauteil aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffmaterial zumindest, wenn das Gerät in einem Betriebszustand ist, in der Untersuchungszone liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial einen Zusatz aus einem paramagnetischen Material umfasst.
Magnetresonanz-Untersuchungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge paramagnetisches Material in dem Kunststoffmaterial zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegt.
Magnetresonanz Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das paramagnetische Material Mangan oder Bismut ist.
Magnetresonanz-Untersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein Polymer ist.
Patiententisch zur Verwendung in einem Magnetresonanz-Untersuchungsgerät, wobei der Tisch zumindest einen Teil aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffmaterial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial einen Zusatz aus einem paramagnetischen Material umfasst.
Patiententisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge paramagnetisches Material in dem Kunststoffmaterial zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegt.
Patiententisch nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das paramagnetische Material Mangan oder Bismut ist.
Patiententisch nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein Polymer ist.