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Warum nicht-magnetische Kondensatoren in der medizinischen Bildgebung wichtig sind

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Die Qualität eines MRI-Bildes hängt von der Homogenität bzw. Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes ab. Die Wahl des Materials der Komponenten ist von größter Bedeutung; selbst die kleinste Spur von Magnetismus innerhalb eines MRT-Scanners kann das Feld stören und die Qualität eines MRT-Bildes beeinträchtigen.

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Magnetresonanz-Bildgebungsgeräte (MRT) verwenden ein starkes Magnetfeld und computergenerierte Radiowellen, um Querschnittsbilder von Weichgewebe wie Muskeln und Fett zu erzeugen.

Diese Bilder ermöglichen es den Ärzten, Untersuchungen und Diagnosen zu stellen, ohne dass weitere invasive Verfahren erforderlich sind. Ein Bild von geringer Qualität kann jedoch zu Fehldiagnosen und folglich zu einer falschen Auswahl der Behandlung führen. Allerdings haben Magnetresonanzanwendungen sehr spezifische Bedürfnisse bis hinunter zur Komponentenebene.

MRI-Grundlagen

Wenn man über die Arbeitsprinzipien hinter der MRT nachdenkt, ist es wichtig, sich an die Grundlagen zu erinnern: Die MRT-Geräte, die wir gewohnt sind, basieren auf dem Prinzip der kernmagnetischen Resonanz (NMR). Der Name des Phänomens liefert den Hinweis - es hat mit Kernen und Magneten zu tun.

Die magnetische Stärke wird in Tesla (T) gemessen; in der Erweiterung gibt Tesla die Stärke des Magnetfeldes des MRIs an. Der 1,5T-MRI ist einer der heute gebräuchlichsten MRI-Scanner, aber 3T- und 7T-Geräte können noch höher aufgelöste Bilder erzeugen. Dieser Detaillierungsgrad ist hilfreich für die Diagnose einzigartiger Fälle. Sobald jedoch MRT-Scanner 7T und mehr erreichen, ist der Magnetismus stark genug, um bei Personen mit implantierbaren Geräten wie Herzschrittmachern Komplikationen zu verursachen.

Die Moleküle, aus denen der menschliche Körper besteht, enthalten Wasserstoff. Der Kern eines Wasserstoffatoms, ein einzelnes Proton, verhält sich wie ein Magnet mit einem Nord- und Südpol. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, ordnen sich ihre Spins (der Spin ist eine Eigenschaft der subatomaren Teilchen) gleichmäßig an. Wenn ein Patient im Inneren der MRT-Röhre positioniert wird, richten sich die Spins der Protonen in den Molekülen seines Körpers auf und zeigen in dieselbe Richtung wie eine Marschkapelle, die auf einem Fußballfeld übt.

Wenn ein kurzes, computergeneriertes HF-Signal an einen Teil des gleichförmigen Feldes angelegt wird, erhalten diese Protonen einen "Stoß" und eine Bruchbildung. Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem ein verirrter Fußball auf die Marschkapelle zusteuert. Nach der Unterbrechung kehren die Protonen (in unserer Analogie die Musiker) in ihren Zustand der Ausrichtung zurück. Bei der Neuausrichtung wird Energie ausgestoßen. Diese Energie kann gemessen und zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten von Molekülen und ihren Standorten verwendet werden. Ein gründliches Verständnis der MRT erfordert ein tieferes Eintauchen in die Quantenmechanik, aber das beginnende Verständnis des Prozesses macht das Ergebnis noch viel erstaunlicher.

Der Haken

Ein MRT-Gerät soll uns dabei helfen, Molekültypen und -orte auf der Grundlage der Messung des Verhaltens ihrer Wasserstoffkerne zu identifizieren. Die Qualität eines MRT-Bildes hängt jedoch von der Homogenität bzw. Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes ab. Wenn es eine Abweichung gibt, ist es schwieriger, die Auswirkungen einer Unterbrechung des HF-Signals zu erkennen. Selbst bei der geringsten Variation sind diese Protonen nicht auf die gleiche Weise ausgerichtet wie die anderen und reagieren nicht auf die gleiche Weise auf den Stimulus.

Diese Unterschiede verwirren die Erkennungsalgorithmen. Es wäre, als wären einige der Musiker unserer Marschkapelle bereits aus dem Takt gekommen, als der Fussball zuschlug. Wenn wir das alles beobachten, woher sollen wir dann wissen, wo die Störung durch den verirrten Ball stattgefunden hat? In der Praxis führt übermäßiges Signalrauschen oder zufällige Schwankungen der Signalintensität zu granularen Bildern. Es ist viel schwieriger für einen Angehörigen der Gesundheitsberufe, sich auf sie zu verlassen, wenn es um genaue Informationen geht.

Für Hersteller von medizinischen Geräten ist es wichtig, nach hochreinen Metallen zu suchen, die keinen messbaren Magnetismus aufweisen, da magnetische Komponenten im Inneren des MRT-Scannertunnels die Homogenität des Feldes verändern können. Selbst die kleinste Spur von Magnetismus kann die Qualität des MRI-Bildes beeinträchtigen.

Hardwarekomponenten, einschließlich Festkondensatoren, Trimmerkondensatoren, Induktivitäten, Steckverbinder und mehr, müssen unmagnetisch sein. Nehmen Sie zum Beispiel Kondensatoren: Viele Kondensatoren sind mit einer Nickel-Sperrschichtbeschichtung versehen, um die Lötbarkeit zu erhalten. Aufgrund der magnetischen Eigenschaften von Nickel sind diese Kondensatoren für medizinische Anwendungen wie z.B. MRI nicht akzeptabel. Kommerzielles Messing, ein häufig verwendetes Material, ist für diese Anwendungen ebenfalls nicht akzeptabel. Spulen erfordern auch Einsätze, Stifte und andere Sonderformen ohne messbaren Magnetismus.

Diese Sorgfalt auf der Komponentenebene verhindert Verzerrungen und minimiert die Notwendigkeit von Bildkorrekturen.

Patienten, Betreuer und Fachleute im Gesundheitswesen verlassen sich alle auf die MRT-Bildgebungstechnologie. Während Komponenten wie Kondensatoren üblicherweise als einfach oder unkompliziert angesehen werden, erfordern lebenskritische Anwendungen in jedem Aspekt des Designs besondere Aufmerksamkeit.