Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnelle MRT ohne teure Magneten

17.12.2013
Kontinuierliche Hyperpolarisation macht mobile Schnittbild-Anlagen möglich

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.

Zum ersten Mal ist es nun gelungen, diese Signalverstärkung kontinuierlich bereitzustellen und damit hochaufgelöste Mehrfach-Aufnahmen innerhalb von wenigen Minuten zu erlauben. Dies könnte der entscheidende Schritt sein, um MRT auf lange Sicht auch für mobile Einsätze zugänglich zu machen. Die Wissenschaftler publizierten ihre Forschungsergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.

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. 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.

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. 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.

„Es ist sehr aufregend, diesen neuartigen physikalischen Effekt zu erforschen“, sagt Hövener, der in der Medizinphysik der Radiologischen Klinik des Universitätsklinikums Freiburg forscht und Mitglied des Deutschen Konsortiums für Translationale Krebsforschung ist. Zahlreiche Anwendungen in der Chemie und der Molekularbiologie sind denkbar. Auf lange Sicht hofft der Freiburger Medizinphysiker, dass die kontinuierliche Hyperpolarisation für die biomedizinische Forschung nutzbar wird: „Wasserstoffgas scheint für Menschen gut verträglich zu sein. Der Weg ist noch weit, doch die medizinische Diagnostik könnte entscheidend profitieren“, so Hövener. Kostengünstige MRT-Geräte für Screenings seien ebenso denkbar wie tragbare MRTs für die Diagnose vor Ort. Kleinere, günstige Magnetspulen, die mit Solarzellen betrieben werden, könnten die MRT-Technologie zudem auch in entlegenen Gebieten zugänglich machen.

Titel der Originalpublikation: A hyperpolarized equilibrium for magnetic resonance

doi: 10.1038/ncomms3946

Das Deutsche Konsortium für Translationale Krebsforschung ist eine gemeinsame Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der beteiligten Bundesländer, der Deutschen Krebshilfe und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ). In ihm verbindet sich das DKFZ mit sieben onkologisch besonders ausgewiesenen Universitätskliniken in Deutschland.

Kontakt:
Dr. Jan-Bernd Hövener
Gruppenleiter Hyperpolarisation
Medizinphysik, Klinik für Radiologie, Universitätsklinikum Freiburg
Mitglied des Deutschen Krebsforschungszentrums und des Deutschen Konsortiums für Translationale Krebsforschung
Telefon: 0761 270-93910
jan.hoevener@uniklinik-freiburg.de

Benjamin Waschow | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/ncomms/2013/131216/ncomms3946/full/ncomms3946.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Vollautomatisierter Virusnachweis in der Blutspende
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Präzisionsbestrahlung bei Prostatakrebs: HYPOSTAT-Studie wird ausgeweitet
11.12.2017 | Universitätsklinikum Schleswig-Holstein

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik