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Medizinische Bildgebung

Schnelle MRT ohne teure Magneten

| Redakteur: Hendrik Härter

Trotz eines schwächeren Magneten ist es Forschern gelungen, das MRT-Signal stärker darzustellen. Sie machten sich die Hyperpolarisation zunutze.

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Ohne teure Magneten ist es Wissenschaftlern gelungen, die Qualität eines MRT zu erhöhen.
Ohne teure Magneten ist es Wissenschaftlern gelungen, die Qualität eines MRT zu erhöhen.
( Bild: Wikipedia )

Ein internationales Forscherteam um Dr. Jan-Bernd Hövener aus der Medizinphysik der Radiologischen Klinik am Universitätsklinikum Freiburg hat eine neue, kostengünstige Methode für die Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt. Im Gegensatz zu gängigen Verfahren erfordert sie keine starken und teuren Magneten und erzeugt trotzdem auch in sehr schwachen Magnetfeldern ein viel stärkeres MRT-Signal, als es derzeit mit den stärksten Magneten möglich ist.

Ein MRT auch für den mobilen Einsatz?

Zum ersten Mal ist es gelungen, die Signalverstärkung kontinuierlich bereitzustellen und damit hochaufgelöste Mehrfach-Aufnahmen innerhalb von wenigen Minuten zu erlauben. Auf lange Sicht wäre es möglich, MRT für mobile Einsätze zugänglich zu machen.

Künstliches Magnetfeld richtet die magnetischen Momente der Wasserstoffatome im Körpergewebe

Die Magnetresonanztomographie ist ein Schnittbildverfahren, mit dem Weichgewebestrukturen sehr gut dargestellt werden können. In einem künstlichen Magnetfeld werden die magnetischen Momente der Wasserstoffatome im Körpergewebe ausgerichtet und durch Radiofrequenzwellen angeregt, woraufhin sie wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren.

Schwache magnetische Momente der Wasserstoffatome

Dabei werden je nach Struktur und Wassergehalt des Gewebes unterschiedliche Signale ausgesendet, anhand derer das Schnittbild berechnet wird. Die magnetischen Momente der Wasserstoffatome sind jedoch im Vergleich zur thermischen Energie des Gewebes so schwach, das sich nur ein winziger Anteil ausrichtet und somit messen lässt. Im Magnetfeld der Erde ist etwa eins von sieben Milliarden Wasserstoffatomen sichtbar, der Rest ist unsichtbar für das MRT. Das 100.000-fach stärkere, künstliche Magnetfeld der klinischen MR-Tomographen erhöht diese Ausrichtung zwar und erlaubt damit hochauflösende Aufnahmen. Jedoch werden auch mit diesen sehr teuren Spezialmagneten nur wenige Millionstel aller Wasserstoffatome sichtbar.

Wie sich das MRT-Signal erhöhen lässt

Hövener und seine Kollegen wählten daher einen anderen Ansatz, um das MRT-Signal zu erhöhen: Die sogenannte Hyperpolarisation bewirkt, dass sich ein weit größerer Anteil der Wasserstoffatome magnetisch ausrichtet. Bisherige Versuche in dieser Richtung waren stets mit dem Problem behaftet, dass sich die Atome nur einmal ausrichten ließen und diese Ausrichtung durch die MRT-Aufnahme wieder zerstört wurde.

Dauerhafter Polarisierungseffekt ermöglicht Mehrfach-Aufnahmen

Das Forscherteam aus Freiburg und York (UK) setzte daher auf Parawasserstoff: Normales Wasserstoffgas, dessen Atomkerne sich in einem besonderen Quantenzustand befinden, kann mittels einer chemischen Austauschreaktion andere Moleküle magnetisch ausrichten – und zwar im richtigen Magnetfeld immer wieder aufs Neue. Dieser dauerhafte Polarisierungseffekt steht beliebig lange zur Verfügung, erneuert sich nach jeder Messung und macht Mehrfach-Aufnahmen möglich. Selbst in einem sehr schwachen Magnetfeld, das mit einer einfachen Batterie erzeugt werden kann, entsteht so ein hundert Mal stärkeres Signal als in kliniküblichen MRT-Anlagen.

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