07.08.2023

Schonender Blick in den Körper

Magnetische Nanopartikel machen Blutfluss und dynamische Abläufe sichtbar.

Bildgebende Verfahren wie die Computer-, Magnet-Resonanz- und Positronen-Emissions-Tomo­graphie oder der Ultraschall sind aus der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Jede Methode eröffnet nicht nur einzigartige Einblicke in das Innere von Menschen, sondern erlaubt Ärzten Rückschlüsse auf Defekte oder Funktions­abläufen im menschlichen Körper. Einem Team aus Physikern und Medizinern der Julius-Maxi­milians-Universität Würzburg ist es jetzt gelungen, eine weitere – und noch dazu strahlenfreie – bildgebende Techno­logie reif für den Einsatz am Menschen zu machen. Ihr Name: Magnetic Particle Imaging (MPI). Mit dem von ihnen jetzt entwickelten, trans­portablen Scanner ist es unter anderem möglich, dynamische Abläufe im menschlichen Körper wie den Blutfluss zu visuali­sieren.
 

Abb.: Der iMPI-Scanner ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einer...
Abb.: Der iMPI-Scanner ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einer strahlen­freien Intervention. (Bild: P. Vogel & S. Herz, U. Würzburg)

Die Magnetpartikel­bildgebung ist eine Technik, die auf der direkten Visuali­sierung von magnetischen Nanopartikeln basiert. Solche Nanopartikel kommen im menschlichen Körper natürlicher­weise nicht vor und müssen als Marker verabreicht werden. „Wie auch bei der Positronen-Emissions-Tomo­graphie, die auf die Gabe von radioaktiven Substanzen als Marker angewiesen ist, hat diese Methode den großen Vorteil, empfindlich und schnell zu sein, ohne dabei störende Hintergrund­signale von Gewebe oder Knochen zu ‚sehen‘“, erklärt Volker Behr vom Physikalischen Institut der Universität. Die Methode basiert auf dem Antwortsignal der magnetischen Nanopartikel auf sich zeitlich verändernde Magnetfelder. „Dabei wird die Magneti­sierung von Nanopartikeln mit Hilfe von externen Magnetfeldern gezielt manipuliert, wodurch nicht nur ihre Anwesenheit, sondern auch ihre räumliche Position im menschlichen Körper detektiert werden kann“, sagt der Physiker Patrick Vogel. 

Die Idee ist nicht neu. Bereits 2005 konnte das Unternehmen Philips die ersten Bilder dieses neuartigen Ansatzes in einem kleinen Demonstrator zeigen, der allerdings nur Proben von wenigen Zenti­metern Größe aufnehmen konnte. Und die Entwicklung von Geräten, die sich zur Untersuchung von Menschen eigneten, erwies sich schwieriger als gedacht und führte zu großen, schweren und teuren Konstruktionen. Das Team um Volker Behr und Patrick Vogel fand 2018 einen neuen Weg, die komplexen Magnetfelder, die für die Bildgebung erforderlich sind, in einem wesentlich kleineren Design umzusetzen. In einem mehr­jährigen Forschungs­projekt gelang es den Wissenschaftlern, das neuartige Konzept in einem gezielt für die Intervention entwickelten MPI Scanner – interventional Magnetic Particle Imaging – iMPI – umzusetzen.

„Unser iMPI-Scanner ist so klein und leicht, dass man ihn fast überall mitnehmen kann“, erklärt Vogel. Diese Mobilität des Scanners zeigen die Autoren eindrucks­voll in einer simultanen Echtzeit­messung im Vergleich mit einem speziellen Röntgengerät, welches das Standardgerät in der Angiographie in den Unikliniken ist. Das Team um Thorsten Bley und Stefan Herz der inter­ventionellen Radiologie des Würzburgers Universitäts­klinikums, das von Anfang an dieses Vorhaben begleitete, führte die Messungen an einem realistischen Gefäß­phantom durch und bewerteten die ersten Bilder. „Das ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einer strahlen­freien Inter­vention. MPI hat das Potential diesen Bereich nachhaltig zu verändern“, sagte Stefan Herz. Neben weiteren spannenden Messungen mit dem iMPI-Gerät arbeiten die beiden Physiker nun an einer Weiter­entwicklung ihres Scanners. Ziel ist dabei vor allem, die Bildqualität weiter zu verbessern.

U. Würzburg / JOL

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