Neues Verfahren macht MRT-Bildgebung präziser

„Die Totzeit kann man sich wie einen kurzen blinden Fleck während der Bildgebung vorstellen“, erklärt Jens Anders, Leiter des Instituts für Intelligente Sensorik und Theoretische Elektrotechnik an der Universität Stuttgart. „Wir bewegen uns hier in sehr kurzen Zeitbereichen, doch genau die sind entscheidend“, so Anders. In dieser kurzen Zeit ist der MRT-Empfangskanal für wesentlich schwächere Signale noch nicht empfindlich genug. Signale, die unmittelbar nach den für die MRT notwendigen Anregepulsen zu schnell abklingen, können deshalb verloren gehen. Anders und sein Team verfolgen daher einen anderen Ansatz: Statt schneller zwischen Senden und Empfangen umzuschalten, ermöglicht ihr Verfahren Anregung und Detektion gleichzeitig. „Dazu muss man verstehen, wie und was bei einer Magnetresonanztomographie gemessen wird“, sagt der Experte.

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Ein Mini-Kernspintomograph aus Diamant

Um in der Magnetresonanztomographie Spins zu messen, regt ein Hochfrequenzpuls die Protonen an und bringt sie aus ihrer Gleichgewichtslage. Nach dem Puls kehren sie allmählich wieder in ihren Ausgangszustand zurück. Dabei induzieren die Spins in der Empfangsspule des MRT-Scanners ein elektrisches Signal, das je nach Gewebe unterschiedlich schnell abklingt. Genau dieser Moment unmittelbar nach der Anregung ist mit herkömmlichen Systemen wegen der Totzeit besonders schwer zugänglich. Und genau hier setzen Anders und sein Team an.

„Während des Anregepulses wird viel elektromagnetische Energie im Schwingkreis der Empfangsspule gespeichert. Das eigentliche Spinsignal ist im Vergleich dazu winzig. Bei herkömmlichen Systemen muss diese Energie zunächst abklingen, bevor das schwache Spinsignal wieder gemessen werden kann“, erläutert Gruppenleiter Michal Kern. „Mit unserem Ansatz warten wir nicht darauf, sondern schieben die Energie gewissermaßen beiseite – auf eine andere Frequenz“, ergänzt Anders. „Das geht um viele Größenordnungen schneller und ermöglicht sogar eine Detektion während des Anregepulses. Wir konnten zeigen, dass wir damit praktisch keine Totzeit in der Messung haben.“

Einen entscheidenden Vorteil bietet dieses Verfahren für Aufnahmen von Gewebe mit sehr schnell abklingenden Spinantworten, etwa der Lunge. Eben solche Signale können bei herkömmlichen Messverfahren während der Totzeit verloren gehen. In Kooperation mit dem Universitätsklinikum Ulm entwickeln die Forschenden ihren Ansatz derzeit für medizinische Anwendungen weiter.

Gemeinsam mit der Berliner Charité und dem Helmholtz-Zentrum Berlin erproben Anders und sein Team ihr Verfahren für die Elektronenspinresonanz (EPR). Die dabei gemessenen Signale klingen noch deutlich schneller ab und sind mit herkömmlichen Methoden deshalb nur eingeschränkt zugänglich. Ziel ist es, neue Möglichkeiten für die Diagnostik und Therapie von Hautkrebspatient:innen zu erschließen. „Die Grundidee dieses Verfahrens ist patentiert und bietet Potential für eine mögliche Ausgründung“, sagt Klaus Lips, Mitautor am HZB.

Mit der EPR lässt sich beispielsweise untersuchen, wie viele freie Radikale etwa in einer Blutprobe enthalten sind und wie schnell sie abgebaut werden. Daraus können sich Hinweise auf bestimmte Krankheitsprozesse ergeben. Aber auch die Materialforschung kann von der neuen Messmethode profitieren: Die Materialprüfungsanstalt MPA der Uni Stuttgart untersucht damit derzeit die Porosität von Werkstoffen. [U Stuttgart / dre]