MR Magnetresonanz / Kernspin-Tomographie

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Wilhelm Peters
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1 MR - Magnetresonanz MR Magnetresonanz / MR wer wir sind Kernspin-Tomographie Die MR Geschichte Our market Our portfolio Our focus on clinical fields Our innovations Peter Kreisler Driving clinical and economical value Our goal Siemens AG Healthcare Content MR bei Siemens Was ist MR? Klinische Anwendung 1

2 1977 (noch nicht bei Siemens) Damadian : The Giant Moves Siemens Begins R&D 0.1T Oxford Instruments Ltd Magnet 2

3 1979: First Images Paprika First Humans in the Scanner (1980) 3

4 First Patients (1981) Courtesy E. Zeitler Content MR bei Siemens Was ist MR? Klinische Anwendung 4

5 Was ist MR? ohne Röngtenstrahlung mit Röngtenstrahlung US Angio Oncology Urology MR NM Surgery CT X-Ray MR hat exzellenten Weichteilkontrast Röntgenbild vom Knie MR Bild vom Knie 5

Rabi; HF / Molekularstrahlen 1946 Bloch / Purcell; Magnetresonanz; NMR 1973 Paul Lauterbur und Sir Peter

6 Atome im Magnetfeld 1896 Zeeman Effekt; Spektrallinien-Aufspaltung im Magnetfeld 1922 Stern Gerlach Experiment; Ausrichtung Atome 1929 I. Rabi; HF / Molekularstrahlen 1946 Bloch / Purcell; Magnetresonanz; NMR 1973 Paul Lauterbur und Sir Peter Mansfield; NMR / MR Tomographie Was ist MR Das Signal kommt vom in der Regel vom Proton des Wasserstoffs im Wasser und im Fett Wasser = H 2 O Wasser H 2 O H O H Wasserstoffatom Proton 6

7 Magnetische Eigenschaften der Protonen Eigen-Drehimpuls (Spin) Magnetisches Moment - es verhält sich wie ein kleiner Magnet Magnetische Spins ohne äußeres Magnetfeld Alle Spins haben eine beliebige Orientierung. Die Summen-Magnetisierung ist NULL! 7

Magnetische Spins in einem äußeren Magnetfeld B 0 M = Es sind mehr Spins mit dem Feld als entgegen ausgerichtet. Die Gesamtmagnetisierung M ist die Summe aller Elementarmagnete.

8 Magnetische Spins in einem äußeren Magnetfeld B 0 M = Es sind mehr Spins mit dem Feld als entgegen ausgerichtet. Die Gesamtmagnetisierung M ist die Summe aller Elementarmagnete. Resonanz Viele Systeme schwingen, haben eine eigene Frequenz: Resonanzfrequenz Systeme können in Resonanz schwingen und Energie übertragen Wellen (mechanisch oder elektrisch) können Energie senden, empfangen, übertragen Nur die Stimmgabel mit der richtigen Frequenz schwingt 8

Energie Transfer und Larmor Frequenz Larmor Frequenz / Gleichung: 0 = B 0 Ein Hochfrequenz (HF) Puls muss die gleiche Frequenz haben wie wie die Spins, um einen Energie Transfer auf die Spins zu

9 Energie Transfer und Larmor Frequenz Larmor Frequenz / Gleichung: 0 = B 0 Ein Hochfrequenz (HF) Puls muss die gleiche Frequenz haben wie wie die Spins, um einen Energie Transfer auf die Spins zu erreichen. D.h. der Puls muss in Resonanz sein HF z B 0 0 y x Nur die Stimmgabel mit der richtigen Frequenz schwingt Das Dynamo-Prinzip Eine rotierender Magnet (Spin, magnetisches Moment) induziert einen elektrischen Strom in einem Draht / in einer Antenne N S 9

10 Woher kommt das Signal? Mit HF-Impuls zur Anregung / Auslenkung erzeugt man ein Signal Wo kommt es her? Wie kann man das kodieren / untersuchen? >> Zusätzliche ein- und aus-geschaltete Magnetfelder GradientenFelder Die Gradientenspule Die Gradientenspule bewirkt eine lokale Änderung des magnetischen Grundfeldes und verändert damit auch die lokale Larmorfrequenz B B 0z 2 0z 1 10

11 Frequenzkodierung In der Gegenwart eines magnetischen Feldgradienten in x-richtung wird jede räumliche Position entlang x auf eine Frequenz abgebildet. B 1 x 2 Bildrekonstruktion aus den Rohdaten 2D Fourier Transformation k-space/k-raum Bildraum 11

12 Verschiedenen Kontraste zwischen Geweben T1-Wichtung T2 - Wichtung Durch Wahl der Messparameter (zeitlich Abstände und Größe der HF-Pulse) 3D-Verfahren längere Meßzeit, aber lückenlose Volumenabdeckung, beliebige Rekonstruktionen 12

13 Ein MR System besteht aus: Gradientenspule (x,y,z) HF-KörperSendespule HF-Empfangsspule Magnetsystem Host und Bildrechner Gradientenverstärker Systemsteuerung HF-Sender/Empfänger Magnet > 7.0 Tesla Supraleitender Draht aus Niob-Titan (NbTi). Bei -269 o C hat das Material keinen elektrischen Widerstand (-269 o = 4 o Kelvin). Der Strom fließt für immer Flüssiges Helium zur Kühlung Heike Kamerlingh Onnes discovered superconductive material Auf diesen Grundträger wird der Supraleiter gewickelt Der Supraleiter wird in eine Art Hülle gesetzt, die dann mit flüssigem Helium für die Kühlung auf -269 o gefüllt wird 13

14 HF-Spulen CP Peripheral Angio Array, CP Body Flex Array CP Head/Neck/Spine Array CP Body Array Flex, CP Body Extender, CP Spine Array CP Extremity CP Breast Array Shoulder Array CP Flex MAGNETOM Aera und MAGNETOM Skyra 1.5T 3T * The information about this product is being provided for planning purposes. The product is pending 510(k) review and is not yet commercially available in the US. 14

Digitalisierte MR-Signale Rohdaten Steuerungssignale

15 Ablauf einer MR-Messung Host Berechnetes Bild Bildrechner Sequenzmessparameter Bedienkonsole Systembefehle Systemsteuerung Digitalisierte MR-Signale Rohdaten Steuerungssignale Gradientenpulse MR-Echo HF-Pulse Content MR bei Siemens Was ist MR? Klinische Anwendung 15

16 BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) Brain Meningioma T2 TSE Coronal Motor Cortex BOLD Activation Anatomical images & fmri VRT image Sun Yat-Sen Hospital, Guangzhou, P.R. China DTI Tractography syngo DTI Tractography Tianjin Huanhu Hospital, Tianjin, P.R. China DTI up to 256 directions 16

Diplomarbeit über optische Gasdichtemessung Promotion über Ladungsverteilung in

17 Substantia nigra Red nucleus G. Wiggins, C. Wiggins, LL. Wald, MGH Martinos Center Und nun noch etwas über mich Physikstudium in Frankfurt Diplomarbeit über optische Gasdichtemessung Promotion über Ladungsverteilung in Ionenstrahlen Seit 1984 bei Siemens Medizintechnik, heute Healthcare dort bei MR Arbeitsgebiet zwischen Physik/Technik und Medizin 17

18 Verschiedene Themen und Aufgaben (1) Technischer Vertrieb Schnittstelle zwischen Entwicklung und Vertrieb und Kunden Physikalische und technische Dokumentation Marketing Produktmanagement für Komponenten und Systeme Produkt-Definition (was wird gebraucht, technisch, klinisch?) Beorderung (wieviel wird gebraucht?) Marketing (Broschüren, Kundengespräche, Präsentationen, Kongresse) Verschiedene Themen und Aufgaben (2) Marketing Entwicklung Applikations-Entwicklung Sequenzentwicklung Teamleitung für Koordination von Entwicklungsthemen für Anwendungen Wissenschaftliche Unterstützung für Universitäten, Forschungsinstitute, Kliniken Kooperations-Management 18

19 Kooperations-Management Festlegung von gemeinsamen Projekten technisch medizinische Forschung, klinischer Einsatz Vertragsgestaltung, Vertragsverhandlung Kaufmännische Themen Technische Unterstützung direkt und/oder als Schnittstelle zur jeweiligen Entwickungsabteilung Weltweite Aktivitäten Ingenieure und Naturwissenschaftler bei Siemens Healthcare Unterschiedlichste Tätigkeitsfelder Entwicklung Fertigung, Fertigungsplanung, Logistik Produktdefinition, Marketing Service Schulung Vertrieb Wechselmöglichkeiten Innerhalb der Geschäftsgebiete (z.b. innerhalb von MR) Zwischen den Geschäftsgebieten (MR, CT, Service, Fachschulung) Letztendlich auch zwischen den Unternehmensbereichen (Healthcare, Automation, Corporate Technology,..) 19

20 Vielen Dank! Peter Kreisler 20

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