25.03.2009

Bilder dank Ferromagneten

Physik Journal - Ein medizinisches 3D-Bildgebungsverfahren arbeitet mit magnetischen Tracern



Physik Journal - Ein medizinisches 3D-Bildgebungsverfahren arbeitet mit magnetischen Tracern.

Tomografische Untersuchungsmethoden wie die Computer- (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRI) gehören seit Jahrzehnten zum Standardrepertoire in der Medizin. Jede hat ihre Vor- und Nachteile. Forscher von Philips haben vor vier Jahren das Prinzip einer neuen Methode vorgestellt, mit der sie nun erstmals von einem lebenden Organismus 3D-Scans in Echtzeit gewinnen konnten. Das sog. Magnetic Particle Imaging (MPI) nutzt die Magnetisierung von Tracerpartikeln aus und unterscheidet sich damit vom MRI, das auf dem Umklappen der Kernspins beruht.


Abb.: Philips' neues Magnetic Particle Imaging nutzt die Magnetisierung von Tracern. (Bild: Philips)


Ein MPI-Scanner arbeitet mit einem statischen und einem oszillierenden Magnetfeld. Das statische Feld erzeugen die Wissenschaftler mit einer Helmholtz-ähnlichen Spulenanordnung; es besitzt einen einzigen feldfreien Punkt. Befinden sich ferromagnetische Partikel in dessen Nähe, richtet sich deren Magnetisierung an dem äußeren oszillierenden Feld aus. An allen anderen Stellen bestimmt das statische Feld die Magnetisierungsrichtung der Partikel. Da deren Magnetisierung nicht linear verläuft, erzeugt die Umorientierung in der Nähe des feldfreien Punktes ein Signal, das sich mit einer Empfängerspule messen lässt und proportional zur Konzentration der Partikel ist. Bewegen die Forscher den feldfreien Punkt durch die Probe, können sie die räumliche Verteilung des Tracers bestimmen. Für 3D-Bilder sind neben dem oszillierenden Magnetfeld drei senkrecht zueinander stehende erforderlich.

Die Philips-Wissenschaftler injizierten Mäusen Eisenoxidpartikel, wie sie auch für MRI-Untersuchungen verwendet werden, in den Blutkreislauf und nahmen mit dem neuen Verfahren erfolgreich 3D-Bilder vom Herzen auf. Sie arbeiteten dabei mit klinisch zugelassenen Tracer-Konzentrationen. Die zeitliche Auflösung der Scans erreicht 21,5 ms bei einem Bildfeld von 20 × 12 × 17 mm3, die räumliche ist hoch genug, um alle Herzkammern aufzulösen.

Beim Sprung zu einem MPI-Tomograf, der sich für Menschen eignet, sind noch einige Probleme zu lösen. So ist es z. B. nicht ganz einfach, die für diese Dimensionen passenden Magnetfelder zu erzeugen oder das schwache Signal der Partikel zuverlässig auszulesen.

Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, April 2009, S. 14 


Weitere Infos:
  • Originalveröffentlichung:
    J. Weizenecker et al., Phys. Med. Biol. 54, L1 (2009)

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