Magnetische Suszeptibilität

Definition

Die magnetische Suszeptibilität ist eine physikalische Materialeigenschaft, die angibt, wie stark ein Stoff durch ein äußeres Magnetfeld magnetisiert wird. In der Magnetresonanztomographie (MRT) beschreibt sie die lokale Veränderung des B₀-Magnetfeldes durch unterschiedliche Gewebe und ist eine wichtige Ursache für T2*-Relaxation und Suszeptibilitätsartefakte.

Physikalische Grundlagen

Die magnetische Suszeptibilität χ beschreibt die Magnetisierung eines Materials in Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld:

{\vec {M}}=\chi \cdot {\vec {H}}

mit:

${\vec {H}}$ = magnetische Feldstärke
$\chi$ = magnetische Suszeptibilität
${\vec {B}}$ = magnetische Flussdichte

Je nach Vorzeichen und Größe von χ unterscheidet man verschiedene Materialtypen.

Materialtypen

Diamagnetische Materialien (χ < 0): schwache Abstoßung vom Magnetfeld, z.B. Wasser
Paramagnetische Materialien (χ > 0, klein): schwache Verstärkung des Magnetfeldes, z.B. Desoxyhämoglobin, Hämosiderin
Ferromagnetische Materialien (χ >> 0): starke Magnetisierung, z.B. Eisen

Lokale Magnetfeldinhomogenitäten

Unterschiede in der magnetischen Suszeptibilität zwischen benachbarten Geweben führen zu lokalen Verzerrungen des Magnetfeldes. Diese lokalen Feldverzerrungen wirken wie zusätzliche Magnetfeldgradienten. Dadurch entstehen:

lokale Änderungen der Larmorfrequenz
beschleunigte Dephasierung der Spins
Signalverlust durch T2*-Relaxation

Diese Effekte sind besonders ausgeprägt an Grenzflächen mit stark unterschiedlichen Suszeptibilitäten, z.B. Luft-Gewebe-Grenzen oder Knochen-Weichteil-Grenzen.

Klinik

Suszeptibilitätseffekte werden gezielt genutzt für:

Suszeptibilitätsgewichtete Sequenzen (SWI)
Nachweis von Blutabbauprodukten
funktionelle MRT (BOLD-Kontrast)