Kupferspulen für nMRI

Angesichts des Mangels an finanzieller Effizienz in der medizinischen Industrie habe ich mich gefragt, ob die Kernspinresonanztomographie mit einer Kupfer-/Silberspule möglich wäre, wenn es sich um kurze 10-Sekunden-Imaging-Bursts handelt. Oder ist der Widerstand einfach zu störend für eine Bildgebung?

Was ich im Sinn hatte, war eine sehr kleine Maschine, durch die Sie einen Arm oder ein Bein stecken könnten, um zu Hause zu scannen. Entweder völlig ungekühlt oder eine sehr kostengünstige Kühltechnik, wie einfach Wasser aus dem Wasserhahn für die kurze Zeit in einem Badezimmer durchzulassen.

Die Auflösung hängt direkt von der Magnetfeldstärke ab, sodass Sie für Milimeter-Voxel-Auflösungen über einem Tesla benötigen. Sie könnten solche Felder mit einer Kupferspule erreichen, aber die Kühlausrüstung wäre genauso teuer wie die, die für einen supraleitenden Magneten erforderlich wäre, also ist es (scheint mir) der falsche Ort, um wirtschaftliche Kompromisse einzugehen
Ein Spulenfeldrechner schlägt vor, dass eine 5 cm lange Spule mit 250 Windungen von 6 mm2 Draht um eine 10 cm große Öffnung ein 1,25 T-Feld bei 200 A erzeugt. Wenn Wasser durch die Spule sickert, könnte ein solches Feld wahrscheinlich unbegrenzt aufrechterhalten werden, und selbst wenn dies nicht der Fall wäre, könnte die Bildgebung in Impulsen erfolgen. Und mm-Präzision ist bei weitem nicht erforderlich, um eine Versetzung oder einen Fremdkörper abzubilden. Aber was ich suchte, waren theoretische Überlegungen, die die erforderliche Feldqualität aufgrund des Spannungsgradienten oder anderer Effekte verhindern würden. Oder würde es tatsächlich funktionieren.
Selbst wenn eine Armbewegung eine Stunde dauert, ist das immer noch viel bequemer, wenn es sich um ein relativ billiges Heimgerät handelt, als durch den Fleischwolf der medizinischen Industrie gedreht zu werden. Richtig gemacht, könnten eine Kupferspule und etwas HF-Leistungselektronik in der schlanken Massenproduktion recht kostengünstig sein. Warum sich einem Scanner unterwerfen, der einen 250-kg-Amerikaner in den Palast der Gier passen könnte, wenn Sie den Scanner des Nachbarn kostenlos ausleihen könnten. Jemand Kickstarter? Milliarden-Dollar-IPO

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Mehrere Gründe, warum dies keine gute Idee ist: 1) Signal-Rausch-Verhältnis skaliert mit Feldstärke: 1,5 T wird als vernünftige Zahl angesehen, obwohl es möglich ist, in einigen Situationen mit niedrigeren Feldern diagnostische Bilder zu erhalten. 2) Induktivität der Spule, die so große Felder erzeugen kann - versuchen Sie, die gespeicherte Energie zu berechnen! 3) Während des Hochfahrens des Magneten erzeugen Sie Wirbelströme. Wenn Sie zu schnell ansteigen, werden diese Ströme andere Teile des Systems aufheizen (dies ist selbst bei Gradientenspulen ein Problem, die in den 10er Millitesla pro Sekunde ansteigen). 4) Bedürfnis nach Homogenität B 0 Feld: All diese Wärmeausdehnung macht es unmöglich, den Magneten auf die erforderliche Homogenität einzustellen. 5) Änderung der Geometrie aufgrund der Spulenerwärmung: Sie müssen bis weniger als ein paar ppm feldstabil sein (obwohl Sie schlechter tolerieren können, wenn Sie keine Spektroskopie durchführen möchten).

Ein paar Monate später...

Ich habe mir das noch etwas überlegt. Ein paar weitere Probleme, die ich sehen kann (und diese sind sehr real):

  1. Ein MRT-Gerät ist gefährlich – auch bei geringen Feldstärken. Es kann nicht in einen Heimwerker-Scanner umgewandelt werden - wenn Sie metallische Implantate, Herzschrittmacher, Schmuck usw. haben, könnten Sie sich eingeklemmt, verbrannt, zerrissen sehen ... Bevor Menschen in eine MRT-Suite gelassen werden (in der Nähe des Magneten, geschweige denn darin) werden sie bewertet, um sicherzustellen, dass dies für sie sicher ist.
  2. Sie brauchen nicht nur das statische B-Feld: Sie brauchen auch HF-Leistung (um das Signal zu stimulieren) und Gradienten (um das Bild zu erzeugen). Obwohl für bestimmte Untersuchungen Fortschritte bei der „stillen“ MR erzielt werden, sind MRT-Geräte in der Regel sehr laut – ein weiterer Grund, warum Sie sie in einem abgeschirmten Raum benötigen und warum der Patient einen hochwertigen Gehörschutz tragen muss. Wieder nichts ohne Aufsicht zu tun. Die HF-Leistung (128 MHz bei 3T, skaliert jedoch linear mit der Feldstärke) muss ebenfalls abgeschirmt werden, da sie sonst alle Arten von Funkübertragungen und anderen Geräten stört (typische Leistung für Ganzkörperscanner 10 kW). Die Spannungen im Gradienten gehen in den kV-Bereich, obwohl es möglich sein könnte, diesen niedriger zu machen (und eine langsamere / schlechter aufgelöste Bildgebung zu akzeptieren).

Abgesehen davon - ja, Sie können wahrscheinlich ein MRT-Bild mit einem Scanner erstellen, der wassergekühlte Kupferspulen hat und der das Stromnetz nicht abschaltet, wenn Sie ihn einschalten. Sie könnten es vielleicht für viel weniger als einen supraleitenden Scanner bauen – vielleicht 100.000 Dollar, wenn Sie nur Extremitäten (Arme und Beine) scannen wollen – es wurde gemacht.

Die Frage ist - was dann? Unter welchen Umständen gibt ein solcher Scan Informationen, die Ihnen weiterhelfen?

Letztendlich soll ein medizinisches Diagnosebild einem Pfleger Informationen liefern, die es ihm oder ihr ermöglichen, die richtige Behandlung auszuwählen, um den Patienten besser zu machen. Ein MRT-Gerät kann eine physikalische Kuriosität oder ein medizinisches Werkzeug sein; aber wenn es letzteres ist, müssen die Informationen in die Hände eines Arztes gelangen und diesem Arzt helfen, eine Behandlung auszuwählen, die ohne diese Informationen nicht hätte gewählt werden können.

Ich möchte nicht pessimistisch klingen, aber ich glaube nicht, dass ein Kickstarter-Börsengang Ihnen eine Milliarde Dollar einbringen wird...

Siehe auch http://magnetic-resonance.org/ch/03-02.html für weitere Informationen

Wenn ein MRT während des Scannens pocht, ist doch sicher nichts stabil bei 1 ppm? Jetzt, wo Sie dem negativen Denken Luft gemacht haben, könnten Sie versuchen, Ihr Wissen stattdessen darauf anzuwenden, wie es tatsächlich funktionieren könnte?

Es beantwortet Ihre Frage vielleicht nicht wirklich, aber um es in die Schüssel zu werfen:

Es gibt einige Fortschritte in der MRT, bei der Permanentmagnete und sogar herkömmliche Elektromagnete mit statischen Magnetfeldern von etwa 0,5 Tesla verwendet werden. Soweit ich weiß, kann man mit diesen Geräten auch ohne aufwendige Kühlung Aufnahmen mit einer vernünftigen Auflösung machen. Sie werden für die MRT der Gliedmaßen und die offene MRT verwendet, wenn eine geführte Intervention erforderlich ist. Da sie einfacher zu handhaben sind als Superkondiktionsmagnete, gibt es Geräte, die sich drehen lassen und somit den Patienten beispielsweise in aufrechter Position abbilden (für die Wirbelsäulenbildgebung in verschiedenen Positionen/ unterschiedlichen Gewichtszuständen). Diese Geräte sollten auch viel billiger als herkömmliche MRT sein, wenn auch nicht billig. Aber ich denke, sie sollten kostengünstiger sein.

Allerdings gilt alles, was Floris gesagt hat, auch für diese Geräte, so dass man sie nicht als Selbstscanner zu Hause verwenden kann.

Ja, es gibt kommerzielle Permanentmagnetsysteme, typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 T. Sie sind in der Tat billiger im Betrieb (keine Notwendigkeit, Helium nachzufüllen, Kryostate zu betreiben ...). Sie gelten nicht als „Spitzenklasse“. „Angemessene Lösung“ ist ein relativer Begriff. In Regionen, in denen Patienten nur Zugang zu ihnen haben, ist es zweifellos der Fortschritt der Diagnostik: Aber eine bessere Gesundheitsversorgung braucht Diagnostik plus Behandlungsmöglichkeiten...
"angemessene Auflösung" ist in der Tat ein relativer Begriff. Die benötigte Auflösung ist jedoch fallabhängig. Ich würde nicht so weit gehen, diese Geräte als Low-Cost-Alternative für Tomographen mit höheren Feldern zu behandeln. Es ist eine Alternative, wenn kein höheres Feld benötigt wird oder wenn offene Geräte benötigt werden, z. B. zur Durchführung einer geführten Biopsie.
Kupferspulen für nMRI
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