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Fortschritt bei der MRT : Scharfe Schnitt-Bilder mit dem Erdmagnetfeld

1,5 Tesla Kernspin-Tomograph Bild: Siemens

Moderne Medizingeräte wie die Kernspin-Tomographen könnten dank Para-Wasserstoff ohne teure Magnete auskommen. Damit wären sie sogar reif für einen mobilen Einsatz.

          4 Min.

          Die Kernspin- oder Magnetresonanz-Tomographie (MRT) ist als bildgebendes Verfahren aus der medizinischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. Sie liefert ähnlich aussagekräftige Bilder wie die Röntgen-Computertomographie (CT), hat aber den entscheidenden Vorteil, dass sie ohne ionisierende Strahlung auskommt. Um aussagekräftige Bilder zu erhalten, benötigt man normalerweise jedoch einen möglichst starken und teuren Magneten. Dass man aber auch schon mit vergleichsweise schwachen Magnetfeldern, die schon von kleinen Spulen erzeugt werden können, detailreiche Aufnahmen hoher Auflösung erhalten kann, haben deutsche und britische Wissenschaftler in Laborexperimenten demonstriert. Damit könnten neue Anwendungen erschlossen oder kompakte und tragbare Geräte für die schnelle mobile Diagnostik gebaut werden.

          Magnet-Echos aus dem Körper

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Der Magnetresonanz-Tomograph registriert die magnetischen Signale  aus dem Inneren des Körpers, die von Wasserstoffkernen erzeugt werden.  Wasserstoff ist nicht nur das häufigste Element im Körper des Menschen, sondern es hat auch den für die Magnetresonanz-Untersuchung am besten geeigneten Kern - ein einzelnes Proton. Infolge des ihm eigenen Drehimpulses, des sogenannten Kern-Spins, verhält sich das Proton ähnlich wie ein kleiner Stabmagnet . Legt man ein starkes äußeres Magnetfeld an, nehmen Protonen, die man sich auch als magnetische Kreisel vorstellen kann, bevorzugt eine  Richtung ein - Physiker sprechen von einer Polarisierung oder Magnetisierung der Kernspins. Dadurch wird das untersuchte Gewebe gewissermaßen selbst magnetisch .

          Schema Hyperpolarisierung von Pyridin
          Schema Hyperpolarisierung von Pyridin : Bild: Jan-Bernd Hövener,

          Zusätzliche Radiofrequenzwellen  treibt die Kernspins oder Kreisel zu einer Präzessionsbewegung an. Stimmt die Frequenz des Feldes mit der Rotationsfrequenz der Kerne überein,  werden die Kernspins ausgelenkt, senden selbst, je nach Struktur und Wassergehalt des Gewebes, unterschiedlich starke  Signale aus, anhand derer ein Schnittbild des Körpers berechnet werden kann. Anschließend kehren die Wasserstoffatome wieder in ihre  Ausgangslage zurück. Mit der gängigen Technik lässt sich allerdings  nur ein kleiner Anteil der Kernspins ausrichten und somit messen. Im Schnitt nur zehn von einer Millionen Kerne bei einem Magnetfeld  von drei Tesla,  wie es klinische Geräte erzeugen. Der Rest ist für den Tomographen  „unsichtbar“. Mit  stärkeren Magnetfeldern von neun Tesla, wie es die leistungsfähigsten Tomographen  aufweisen, lässt sich die Polarisierung der Kernspins und damit die Signalstärke verdreifachen, allerdings bleibt die gesamte Ausbeute, 30 von  einer Millionen Wasserstoffkerne, doch vergleichsweise  gering.

          Der Trick mit der Hyperpolarisation

          Um das Magnetresonanz-Signal merklich zu erhöhen, verwendet man häufig hyperpolarisierte Atomkerne – also Kerne, deren Ausrichtung im Magnetfeld künstlich um ein Vielfaches verstärkt wurde. Derartige Atomkerne erhält man beispielsweise dadurch, dass man den Drehsinn von zirkular polarisiertem Licht auf die Kerne überträgt. Die Kernspins werden gewissermaßen in eine kollektive Ordnung gezwungen. Das Verfahren hat sich bei Helium oder Xenon bewährt. Dank des inhalierten hyperpolarisiertem Edelgases lassen sich Atemwege und Lunge mit einem Kernspintomographen abbilden.

          „Alle bisherigen Versuche in diese Richtung haben mit der Schwierigkeit zu kämpfen, dass jeder Atomkern nur einmal hyperpolarisiert wird“, sagt Jan-Bernd Hövener von der Radiologischen Klinik Medizin-Physik  in Freiburg und dem Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung. Zudem zerfällt die künstliche Ausrichtung der Kernspins innerhalb weniger Sekunden bis Minuten, und jede Kernspin-Aufnahme selbst zerstört sofort wieder die Ausrichtung der Wasserstoffkerne. Für die normale Hyperpolarisierung werden also besondere, schnelle Bildgebungsmethoden benötigt. Mehrfachaufnahmen, ein gängiges Konzept, um die Bildqualität zu verbessern, sind so nicht möglich.

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