Anatomie und Hirnströme auf einen Blick

Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben am Standort Berlin erfolgreich einen Messaufbau getestet, der es in Zukunft ermöglichen könnte, die Anatomie des Hirns und die dort auftretenden Gehirnströme gleichzeitig darzustellen. Das dabei eingesetzte Magnetresonanz-Bildgebungsverfahren (MRT) arbeitet mit sehr kleinen Feldstärken.

Die Forscher sind zuversichtlich, die Empfindlichkeit des Gerätes weiter steigern und somit Neurowissenschaftlern in Zukunft einen direkten Zugang zu Hirnströmen und ihren Entstehungsorten gewähren zu können. Auf diese Weise könnten fehlerbehaftete Schätzungen über die Ursprünge der Hirnströme, die bei der Auswertung von EEG- und MEG-Daten zuweilen entstehen, vermieden werden. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe von Magnetic Resonance Imaging veröffentlicht.

In der Magnetresonanzbildgebung geht der Trend für die Tomografen in den Kliniken hin zu immer höheren Magnetfeldern, von aktuell 1,5 Tesla bis zu 7 Tesla, da mit dem Magnetfeld auch die erreichbare Bildauflösung steigt. Die PTB-Wissenschaftler haben in diesem Fall jedoch den entgegengesetzten Weg gewählt und ein Verfahren entwickelt, das mit Magnetfeldstärken von unter 50 µT (millionstel Tesla) arbeitet. Beim MRT werden Wasserstoffkerne im untersuchten Gewebe gezielt elektromagnetisch angeregt, die dann bis zur Rückkehr in ihren Grundzustand ein Signal abgeben.

Verwendet man dabei niedrige Feldstärken, lassen sich gleichzeitig Gehirnströme erfassen, da diese ebenfalls ein schwaches Magnetfeld erzeugen und somit eine resonante Anregung bewirken. Eine solche Kombination ist bei Hochfeld-MRT nicht möglich. Da das bei Niedrigfeld-MRT verwendete Magnetfeld schwächer ist als das der Erde, müssen die Messungen in einer magnetischen Schirmkabine stattfinden, die alle äußeren Störungen fernhält.

Bisher wurden die Messungen nicht an einem lebenden Objekt vorgenommen, sondern an sogenannten Phantomen – in diesem Fall kleinen Behältern mit Flüssigkeiten, die dem Gehirn ähnliche Eigenschaften besitzen. Ein für diesen Zweck entwickelter Prototyp erzeugt 2D-Magnetresonanzbilder, die belegen, dass sich das Verfahren prinzipiell eignet, anatomische Aufnahmen des Gehirns zu erzeugen und gleichzeitig den Entstehungsort von Hirnströmen aufzuzeigen.

Nun soll die Messempfindlichkeit durch verschiedene Maßnahmen wie Rauschreduzierung, Polarisationserhöhung und Verbesserung der Stromquellen für die Bildgebungsspulen verbessert werden. Sobald das gelingt, könnten Neurowissenschaftler diese Methode zur Messung von Hirnströmen mittels Niedrigfeld-MRT verwenden. Da das Verfahren bei der Bildgebung stärkere Kontraste zwischen verschiedenen Gewebearten erzeugt als die Hochfeld-MRT, untersuchen PTB-Wissenschaftler parallel auch andere potenzielle Einsatzgebiete, wie zum Beispiel das Krebsscreening. if/ptb

Kontakt
Dr. Rainer Körber, PTB-Arbeitsgruppe 8.22 Messtechnik für Biosignale, Tel. (030) 3481-7576, E-Mail: rainer.koerber@ptb.de.
Die Nachricht im Detail im Internet
http://www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt8/nachrichten8.html

Wissenschaftliche Veröffentlichung
Ingo Hilschenz, Rainer Körber, Hans-Jürgen Scheer, Tommaso Fedele, Hans-Helge Albrecht, Antonino Cassará, Stefan Hartwig, Lutz Trahms, Jürgen Haase and Martin Burghoff: „Magnetic Resonance Imaging at Frequencies below 1 kHz“ in Magnetic Resonance Imaging, 2012, doi:10.1016/j.mri.2012.06.014

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Imke Frischmuth
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
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