Schärfere Bilder

Mit Hilfe treibender Magnetpartikel lassen sich schärfere Magnetresonanz-Bilder aus dem Körperinneren erstellen.

Hamburg - Aufnahmen mit Kernspintomographen gehören in der medizinischen Diagnostik und der Materialforschung zum Alltag. Seit rund 30 Jahren liefern die Geräte mit Feldstärken von bis zu sieben Tesla zunehmend schärfere Bilder aus dem Körperinneren. Deutsche Wissenschaftler verfeinerten nun diese Technik und nutzen winzige, magnetische Partikel als Kontrastmittel, um räumliche Aufnahmen mit einer Auflösung unter einem Millimeter aufzunehmen. Die Grundlagen der noch in der Entwicklung stehenden Methode, bei der die Magnetisierung der Teilchen direkt gemessen wird, beschreiben sie im Fachblatt "Nature".

"Wir können zeigen, dass diese Methode das Potenzial hat, sowohl eine hohe räumliche Auflösung als eine hohe Empfindlichkeit zu liefern", sagen Bernhard Gleich und Jürgen Weizenecker vom Philips-Forschungszentrum für Medizintechnik in Hamburg über ihr Bildgebungsverfahren mit Magnet-Teilchen (magnetic particle imaging, MPI). Für ihre Versuche, die noch nicht in einem Körper, sondern bisher nur im Labor stattfanden, deponierten sie wenige Nanometer kleine Teilchen aus Eisenoxid auf einem Kunststoffträger. Im Unterschied zu dem Umklappen der Magnetpins bei der klassischen Magnetresonanz-Technologie, werten sie direkt die Magnetisierung ihrer Sensor-Partikel aus. Von zentraler Bedeutung ist hierbei das Zusammenspiel eines inhomogenen, externen Magnetfelds mit oszillierenden Radiowellen.

Mit Hilfe des von Philips entwickelten „Magnetic Particle Imaging MPI“ lassen sich eingebettete Eisenoxid-Teilchen abbilden. (Quelle: Philips)

Das äußere Magnetfeld magnetisiert nun einzelne Partikel unterschiedlich stark. Teilweise kommt es zur Sättigung, bei im Betrag geringen Feldstärken jedoch nicht. Auf diese so genannten „feldfreien“ Bereiche wirkt sich nun das zweite, oszillierende Feld mit Radiowellen (Wellenlängen um einem Kilometer) aus. Die Eisenoxid-Partikel in der quasi feldfreien Zone reagieren mit einer ebenfalls oszillierenden Magnetisierung. Exakt diese wird mit dem Gerät aufgenommen und ermöglicht hohe Kontrastwerte im Vergleich zu der klassischen Magnetresonanz-Technik.

Allerdings fehlt nach dieser Messung noch die genaue Position des Partikels. Dafür verschieben Gleich und Weizenecker die Probe und kleine Strecken, sodass immer andere Partikel in dem Kunststoffträger in den feldfreien Bereich kommen und mit einer variierenden Magnetisierung reagieren können. Stück für Stück lässt sich so eine Probe abrastern. In drei Dimensionen kann auf diese Weise eine Ortsauflösung von 600 bis zu 300 Mikrometern erreicht werden. „Das ist überraschend, da sowohl die Größe der aufnehmenden Spulen (16 Millimeter) als auch die Wellenlänge des Radiofrequenzfelder viel größer sind als die aufgelösten Strukturen“, schreibt Andreas Trabesinger von der Nature-Redaktion in einem begleitenden Kommentar.

Prinzipiell halten es die Forscher für möglich, mit dieser Technik relativ kleine und günstige Geräte für hochaufgelöste Bilder aus dem Körperinneren entwickeln zu können. Allerdings stehe man erst am Anfang dieser Entwicklung. Dennoch gelten die eingesetzten magnetisierbaren Partikel schon als biokompatibel und sind in geringer Dosierung unschädlich für den Körper. „Diese ‚Spione’ können spezifische, anatomisch Strukturen wie Blutgefäße oder Tumoren anzeigen“, so Trabesinger. Weiter könnten die Teilchen auch als Marker für Prozesse auf molekularer Ebene dienen. Selbst in der Materialforschung, bei der Kontrolle von Werkstoffen und Aufspüren von filigranen Rissen sehen die Forscher ein großes Potenzial für ihre neue Methode.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Bernhard Gleich, Jürgen Weizenecker, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles, Nature 435, 1214 (2005).
• Kommentar:
  Andreas Trabesinger, Particular magnetic insights, Nature 435, 1173 (2005).
• Philips Forschung:
  http://www.research.philips.com
• Medizintechnik:
  http://www.medical.philips.com/main/
• Magnetresonanz, medizinischer Hintergrund:
  http://www.netdoktor.de/ratschlaege/untersuchungen/magnetresonanztomographie.htm
• Spezielle Dokumente und Informationen zum Thema „magnetic particle imaging“ finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine, z. B. in der Kategorie Medizinische Physik.

Weitere Literatur:

• Chacko, A. K., Katzberg, R. W. & MacKay, A. MRI Atlas of Normal Anatomy (McGraw-Hill, New York, 1991).
• Tóth, É. & Merbach, A. E. The Chemistry of Contrast Agents in Medical Magnetic Resonance Imaging(Wiley, Chichester,2001).
• Allen, M. J. & Meade, T. J. Metal Ions Biol. Syst. 42, 1–38 (2004).
• Lauterbur, P. C. Nature 242, 190–191 (1973).