Magnetische Körper

Kontrastmittel verbessert Auflösung

Die Magnetresonanztomografie wird in der Medizin seit mehr als dreißig Jahren eingesetzt und ist als Untersuchungsmethode inzwischen unverzichtbar. Ein deutsches Forscherduo hat jetzt ein neues Verfahren entwickelt, um tiefe und präzise Einblicke in das Innere des menschlichen Körpers zu bekommen.

Das Prinzip der Magnetresonanz bzw. Kernspinresonanz wurde bereits 1946 von Felix Bloch und Edward Mills Purcell entdeckt, 1952 bekamen die beiden „für ihre Entwicklung verfeinerter und vereinfachter Methoden zur Messung magnetischer Kraftfelder im Atomkern" den Physik-Nobelpreis.

Anfang der 70er Jahre entwickelten Paul C. Lauterbur und Peter Mansfield die Technik, die vorher in der Chemie und der Physik eingesetzt wurde, so weiter, dass sie seither in der Medizin verwendet werden kann. Für ihre „Entdeckungen in Bezug auf die Abbildung mit Magnetresonanz“ gab es 2003 den Medizin-Nobelpreis.

Das Innere des menschlichen Körpers kann ohne Strahlenbelastung abgebildet werden. Heute ist das längst Routine – jährlich werden weltweit mehr als 60 Millionen Untersuchungen mit Magnetresonanztomografen durchgeführt. Mit zwei Arten von Wellen können die Mediziner ins Körperinnere hinein schauen, einmal jene mit sehr geringer Wellenlänge, die Röntgenstrahlen und dann jene mit langen Wellen, jenseits des sichtbaren Lichts im Bereich der Radiowellen.

Der Kernspintomograf oder Magnetresonanztomograf (MRT), wie er heute genannt wird (Kernspin klang den Produzenten angeblich zu sehr nach nuklearer Technik), erzeugt rund um den Körper ein magnetisches Feld, das die Wasserstoffatomkerne, die im menschlichen Organismus wie winzige Magneten funktionieren, dazu bringt, sich wie Kompassnadeln auszurichten. Da der Mensch zu neunzig Prozent aus Wasser besteht, eignen sich Wasserstoffkerne besonders gut.

Je stärker das abgelegte Magnetfeld ist, umso stärker fällt dieser Effekt aus. Durch einen Radiowellen-Impuls (mit etwa vergleichbarer Frequenz wie beim UKW-Radio) werden diese organischen Kompassnadeln in Bewegung gesetzt und aus ihrer Position gebracht. Wird der Radiowellen-Impuls abgeschaltet, richten sie sich wieder mit dem Magnetfeld aus. Bei dieser Umorientierung, die stoff- bzw. gewebsspezifisch ist, strahlen die Atomkerne eine Art Echo aus. Ein Signal, das von den sensiblen Hochfrequenzempfängern des Tomografen gemessen wird.

Aus den Messdaten wiederum wird mithilfe des Computers ein dreidimensionales Bild des Körperinneren rekonstruiert. Die untersuchten Organe, bzw. das Gewebe kann so in Schnitten verschiedener Ebenen abgebildet werden. Je höher das äußere Magnetfeld, desto genauer die Messdaten. Im Gegensatz zur Röntgenstrahlung gibt es keine nachweislichen schädlichen Nebenwirkungen der Magnetresonanz.

Magnetic Particle Imaging

In den letzten dreißig Jahren wurde die Magnetresonanztomografie stetig verbessert und verfeinert (Die Kernspintomografie ist 30 Jahre alt). In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals Nature stellen Bernhard Gleich und Jürgen Weizenecker von der Philips-Forschung in Hamburg nun ihren neuen Ansatz Magnetic Particle Imaging (MPI) vor. Für ihre Untersuchung verwendeten die Wissenschaftler im Reagenzglas ein kommerzielles Kontrastmittel, eine Flüssigkeit, die mit Dextran beschichtete Eisenoxid-Nanopartikeln enthielt (Eisenoxid-verstärkte MRT von fokalen und diffusen Lebererkrankungen), und magnetisierten es. Je nach umgebendem Magnetfeld ändert sich die Stärke der Magnetisierung der Partikel sofort. Jetzt kommen die Radiowellen-Felder dazu und durch die verstärkte Magnetisierung der Teilchen erreicht die mögliche Auflösung eine vorher nicht gekannte Feinheit, das heißt Details mit einer Größe von einem Millimeter werden sichtbar.

Gleich und Weizenecker nennen ihr Verfahren „Magnetic Particle Imaging“ (MPI), weil die genaue Verteilung der magnetisierten Flüssigkeit direkt gemessen werden kann. Künftig könnten vielleicht Ärzte ihren Patienten ein harmloses magnetisiertes Kontrastmittel geben und das Körperinnere mit hoher Präzision abbilden. Die Forscher sehen aber auch Anwendungen außerhalb des medizinischen Bereichs:

Wir haben die Möglichkeit einer direkten Kartierung von magnetischem Material demonstriert... MPI könnten in vielen Bereichen zu Anwendungen führen, in medizinischen bildgebenden Verfahren, aber auch bei der Prüfung von Materialien auf Risse, Verarbeitung von Polymeren und der Fluid-Dynamik. (...) Zusätzlich erfordert MPI nicht unbedingt einen großen Scanner. Alle erforderlichen Magnetfelder können von einer Seite angelegt werden.