Im Ultra-Hochfeld-Magnetresonanztomographen werden auch winzigste Gewebestrukturen etwa im Gehirn sichtbar. Dahinter steckt ein Magnet mit einer Feldstärke von 7 Tesla. Das Entwicklerteam wurde jetzt für den Deutschen Zukunftspreis nominiert.
Berechnung von Hirnfaserbahnen mit 1 mm Auflösung und Abdeckung des ganzen Gehirns. Das hohe Signal bei 7 Tesla ermöglicht es in vielen Unterregionen sich kreuzende Fasern aufzulösen.
Max Planck Institute, Leipzig
Jährlich finden allein in Deutschland mehrere Millionen Magnetresonanztomographie-Untersuchungen (MRT) statt. Der Erfolg des magnetischen Bildgebungsverfahrens gründet auf mehreren Vorteilen: So ist die MRT, anders als die Computertomographie, welche Röntgenstrahlung verwendet, gesundheitlich unbedenklich. Zugleich liefert sie detaillierte und kontrastreiche Aufnahmen von Weichteilgewebe wie das zentrale Nervensystem, Muskeln, Bändern, Blutgefäßen oder inneren Organen – als zweidimensionale Schnittbilder oder in 3D. Eine Übersicht über Entstehungsgeschichte, Technologieentwicklung und MRT-Anwendungen gibt Springer-Autor Wolfgang R. Nitz in "Medizintechnik" ab Seite 323.
Im Magnetfeld eines Kernspintomographen lassen sich die Kerne des Wasserstoffatoms (Protonen) mit Hochfrequenz-Pulsen anregen. "Durch Zuführung von Energie über eine elektromagnetische Welle können parallel ausgerichtete Kernspins temporär in eine antiparallele Ausrichtung gebracht werden, wobei bei der Rückkehr in den Grundzustand die Energie wieder in Form einer elektromagnetischen Welle frei wird", erläutert Nitz den Kernspinresonanz-Effekt (Seite 323). Die dabei gemessenen Signale liefern Informationen über die Umgebung der Protonen im Gewebe. Je stärker nun das angelegte Magnetfeld, desto mehr Details verraten sie. Klinische MRT-Systeme nutzen bisher eine magnetische Feldstärke von höchstens 3 Tesla – mehr als 50.000-mal so stark wie das Erdmagnetfeld. Geräte mit 7 Tesla, die eine deutlich bessere Auflösung erzielen und präzisere Bilder liefern, sind seit etwa 15 Jahren bekannt – wurden bislang jedoch nur in Labors der Grundlagenforschung genutzt. Riesige supraleitende Magnete machten die Geräte groß, schwer und kompliziert.
Christina Triantafyllou, Siemens-Healthineers, Arnd Dörfler, Universitätsklinikum Erlangen, und Mark E. Ladd, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), gelang in den letzten Jahren die Entwicklung des ersten für die klinische Nutzung zugelassenen Ultra-Hochfeld-MRT. Dafür wurden die drei Forscher jetzt für den Deutschen Zukunftspreis vorgeschlagen, dessen Endausscheidung am 27. November 2019 stattfindet. Mit der exakten Darstellung selbst kleinster Strukturen von bis zu 0,2 Millimetern verspricht der 7 Tesla Scanner – seine magnetische Feldstärke entspricht etwa dem 140.000-fachen des Erdmagnetfeldes – neue Chancen für die frühzeitige Diagnose und personalisierte Therapie insbesondere von neurologischen Erkrankungen wie Multipler Sklerose (MS), Epilepsie und Morbus Parkinson, heißt es in einer Mitteilung des DKFZ. Für die neuen Geräte wurde bei Siemens-Healthineers eigens ein neuartiger aktiv abgeschirmter Magnet entwickelt, der bei höherer Leistungsfähigkeit nur halb so schwer ist wie die Magnete der bisherigen Forschungssysteme. – Ein entscheidender Durchbruch. Das 7 Tesla MRT ist jetzt leichter transportierbar und kann einfacher in bestehende Infrastrukturen von Krankenhäusern integriert werden. Das könnte für den Gewinn des Deutschen Zukunftspreises entscheidend sein, denn zu den wichtigsten Auswahlkriterien der Jury gehören, neben der Forschungsleistung, auch die Patent- und Marktfähigkeit der Entwicklung.
Für den Zukunftspreis nominiert (v.l.n.r.): Arnd Dörfler, Universitätsklinikum Erlangen, Christina Triantafyllou, Siemens-Healthineers, Mark E. Ladd, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ).
Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz