19.02.2021

Metamaterial verbessert Magnetresonanz

Periodische Metamaterialstrukturen in neuartiger Hochfrequenzspule optimieren die MRT-Bildqualität.

Wer „in die Röhre“ kommt, benötigt möglichst klare Schichtbilder eines Organs oder einer anderen Körper­struktur. Doch je weiter im Innern das mögliche Problem liegt, desto schwieriger ist die hochauflösende Darstellung in der Magnet­resonanz­tomographie. Ein internationales Wissenschaftler­team unter Feder­führung der Universität Duisburg-Essen (UDE) hat eine Hoch­frequenz­spule entwickelt, die eine deutlich bessere Reichweite im Körper ermöglicht – und weitere Vorteile mit sich bringt.
 

Abb.: Die Leckwellen­antenne ist aus periodischen Meta­material­strukturen...
Abb.: Die Leckwellen­antenne ist aus periodischen Meta­material­strukturen aufgebaut. (Bild: D. Erni / UDE / ATE)

Die Magnetresonanz­tomographie (MRT) bei sieben Tesla ist die neueste Generation dieser Technologie und bietet deutlich höher aufgelöste Bilder als die klassischen Geräte, die mit einer magnetischen Flussdichte von maximal drei Tesla arbeiten. Gerade die hochfrequenten Magnet­felder bei sieben Tesla werden allerdings stark vom Körper­gewebe absorbiert und erreichen daher weit innen liegende Organe wie Herz oder Prostata bisher nur schlecht.

Jan Taro Svejda vom Fachgebiet Allgemeine und theoretische Elektrotechnik (ATE) und dem Center for Nanointegration (CENIDE) hat gemeinsam mit Kollegen der ITMO Universität St. Petersburg (Russland), der TU Eindhoven und dem Uniklinikum Utrecht (beide Niederlande) eine neue Hochfrequenzspule entwickelt, die gleich drei entscheidende Eigenschaften mit sich bringt: Der Aufbau aus periodischen Meta­material­strukturen lenkt die Energie möglichst optimal in das abgestrahlte Magnetfeld. Damit wird ein intensives Magnetfeld unmittelbar um die Antenne – und damit auch am untersuchten Körper – vermieden. Das führt gleichzeitig zu einer größeren Reichweite, weil weniger Energie vom Gewebe absorbiert wird. 

Der dritte Vorteil liegt in den Möglichkeiten, die diese neuartige Leckwellen­antenne bietet: Herkömmliche MRT-Antennen regen die Resonanz der Wasserstoff-Atomkerne im Körper an. Knorpel ließe sich aber zum Beispiel besser über die Resonanz von Natriumkernen darstellen; dafür würde aber bis dato eine andere Antenne mit der entsprechenden Arbeits­frequenz benötigt. 

„Unsere Spule kann dagegen auch solche alternativen Magnetresonanzen erzeugen“, erklärt Svejda. „Das heißt, es lassen sich mit nur einer Antenne komplementäre MRT-Bilder erstellen, die z.B. die natrium­haltigen Gewebe­strukturen wie Knorpel zusätzlich hervorheben.“ Im nächsten Schritt arbeitet das Team nun an einer neuen Version der Meta­material­struktur, mit der sich die Bildqualität aus dem Körperinnern noch weiter steigern lässt.

UDE / DE
 

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