Magneettikuvauksen fysiikka
Magneettikuvauslaite > Magneetti

Magneetti on skannerin suurin ja kallein komponentti, ja muu osa skannerista on rakennettu sen ympärille. Magneetin voimakkuus mitataan tesloina. (T). Kliinisten magneettien kenttävoimakkuus on yleensä välillä 0,1-3,0 T, ja tutkimusjärjestelmiä on saatavana jopa 9,4 T:n kenttävoimakkuuteen asti ihmiskäyttöön ja 21 T:n kenttävoimakkuuteen asti eläinkäyttöön. Yhdysvalloissa FDA on hyväksynyt kliiniseen käyttöön jopa 4 T:n kentänvoimakkuuden.
Yhtä tärkeää kuin päämagneetin voimakkuus on sen tarkkuus. Magneetin keskipisteessä (tai, kuten se teknisesti kutsutaan, isokeskipisteessä) olevien magneettiviivojen suoruuden on oltava lähes täydellinen. Tätä kutsutaan homogeenisuudeksi. Skannausalueella esiintyvien vaihteluiden (kentän voimakkuuden epäyhtenäisyyksien) pitäisi olla alle kolme miljoonasosaa (3 ppm). On käytetty kolmenlaisia magneetteja:
Kestomagneetti: Perinteisiä ferromagneettisista materiaaleista (esim. harvinaisia maametalleja kuten neodyymiä, sisältävistä terässeoksista) valmistettuja magneetteja voidaan käyttää staattisen magneettikentän tuottamiseen. Magneettikuvauksessa käytettäväksi riittävän voimakas kestomagneetti on erittäin suuri ja tilaa vievä; se voi painaa yli 100 tonnia. Kestomagneettimagneettien magneettikuvauslaitteet ovat erittäin edullisia ylläpitää; tätä ei voida sanoa muista magneettikuvausmagneettien tyypeistä, mutta kestomagneettien käyttöön liittyy myös merkittäviä haittoja. Niillä voidaan saavuttaa vain heikkoja kenttävoimakkuuksia verrattuna muihin magneettiresonanssimagneetteihin (yleensä alle 0,4 T), ja niiden tarkkuus ja vakaus ovat rajalliset. Koska niiden magneettikenttiä ei voi "sammuttaa", ferromagneettisia esineitä on käytännössä mahdotonta poistaa niistä, kun ne ovat joutuneet suoraan kosketukseen. Kestomagneetit vaativat myös erityistä varovaisuutta, kun niitä tuodaan asennuspaikalle.
Resistiivinen sähkömagneetti: Kuparilangasta kiedottu solenoidi on vaihtoehto kestomagneetille. Etuna ovat alhaiset alkukustannukset, mutta kentän voimakkuus ja vakaus ovat rajalliset. Sähkömagneetti vaatii käytön aikana huomattavan paljon sähköenergiaa, mikä voi tehdä sen käytöstä kallista. Tämä rakenne on periaatteessa vanhentunut.
Suprajohtava sähkömagneetti: Kun niobium-titaani- tai niobium-tinaseos jäähdytetään nestemäisellä heliumilla 4 K:een (-269 °C, -452 °F), siitä tulee suprajohde, joka menettää sähkövirran vastuksen. Suprajohteista rakennetulla sähkömagneetilla voi olla erittäin suuri kenttävoimakkuus ja erittäin suuri stabiilius. Tällaisten magneettien rakentaminen on erittäin kallista, ja kryogeeninen helium on kallista ja vaikeasti käsiteltävää. Kustannuksistaan huolimatta heliumjäähdytteiset suprajohtavat magneetit ovat kuitenkin nykyisin yleisin magneettikuvauslaitteissa käytetty magneettityyppi.
Useimmissa suprajohtavissa magneeteissa suprajohtavan langan kelat on upotettu nestemäiseen heliumiin kryostaatiksi kutsutun astian sisällä. Huolimatta lämpöeristyksestä, johon joskus kuuluu toinen nestemäistä typpeä sisältävä kryostaatti, ympäristön lämpö saa heliumin hitaasti kiehumaan. Tällaiset magneetit on siis täytettävä säännöllisesti nestemäisellä heliumilla. Yleensä käytetään kryojäähdytintä, joka tunnetaan myös nimellä kylmäpää, jolla osa heliumhöyrystä tiivistetään takaisin nestemäiseen heliumkylpyyn. Useat valmistajat tarjoavat nykyään "kryogeenittömiä" skannereita, joissa magneettilanka ei ole upotettu nestemäiseen heliumiin vaan sitä jäähdytetään suoraan kryojäähdyttimellä. Vaihtoehtoisesti magneettia voidaan jäähdyttää sijoittamalla nestemäistä heliumia varovasti strategisiin kohtiin, jolloin käytetyn nestemäisen heliumin määrä vähenee huomattavasti, tai sen sijaan voidaan käyttää korkean lämpötilan suprajohteita.
Magneetteja on saatavana monessa eri muodossa. Kestomagneetit ovat kuitenkin useimmiten C-muotoisia ja suprajohtavat magneetit useimmiten sylinterinmuotoisia. Myös C-muotoisia suprajohtavia magneetteja ja laatikonmuotoisia kestomagneetteja on käytetty.
Magneettikentän voimakkuus on tärkeä tekijä kuvanlaadun määrittämisessä. Suuremmat magneettikentät parantavat signaali-kohinasuhdetta, mikä mahdollistaa suuremman resoluution tai nopeamman skannauksen. Suuremmat kentänvoimakkuudet edellyttävät kuitenkin kalliimpia magneetteja, joiden ylläpitokustannukset ovat korkeammat, ja niihin liittyy enemmän turvallisuusongelmia. Kentänvoimakkuus 1,0-1,5 T on hyvä kompromissi kustannusten ja suorituskyvyn välillä yleisessä lääketieteellisessä käytössä. Tietyissä erikoiskäytöissä (esim. aivojen kuvantamisessa) korkeammat kentänvoimakkuudet ovat kuitenkin toivottavia, ja joissakin sairaaloissa käytetään nykyään 3,0 T:n skannereita.