Günstiges, tragbares MRT

Forscher haben eine neue Technik für die Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt, die viel billiger und tragbarer ist als die derzeitige Technologie. Obwohl es für viele traditionelle medizinische Anwendungen nicht machbar ist, könnte das Gerät in den Bereichen Biotechnologie, Geologie und Industrie nützlich sein, wo Hochleistungsmagnete zu teuer sind oder Proben magnetische Eigenschaften aufweisen, die starke Magnetfelder stören.

Eine neue MRT-Methode verwendet Magnete und Laser mit geringer Leistung. Zuerst werden Atome in einer Probe einem variierenden Magnetfeld ausgesetzt, das sie in verschiedene Richtungen ausrichtet. Nachdem die Atome in einer Detektionskammer konzentriert wurden, kann ihre ursprüngliche Position durch ihre Ausrichtung bestimmt werden. Ein Laserlicht, das durch ein polarisiertes Gas scheint, liest die magnetischen Signale aus der Probe, die als Bild rekonstruiert werden können. (Bildnachweis: Shoujun Xu, UC Berkeley)

MRT-Scanner erstellen Bilder der inneren Strukturen lebender Gewebe, des Flusses von Flüssigkeiten durch Rohre oder der Struktur von Objekten wie Gesteinen und Fossilien. Der Hauptnachteil der MRT besteht darin, dass sie starke Magnetfelder erfordert, die von supraleitenden Magneten erzeugt werden, um detektierbare Signale zu erzeugen, was sie zu einer teuren und unhandlichen Technologie macht.



Ein neues und radikal anderes MRT-Gerät, entwickelt in den Labors von Alexander Pines und Dmitry Budker an der University of California, Berkeley, könnte diese Probleme lösen. Es basiert auf Magneten mit geringer Leistung und kostet nur ein paar tausend Dollar. Das Team hofft schließlich, das aktuelle Setup zu minimieren und dadurch ein tragbares, batteriebetriebenes Gerät zu schaffen, das überall verwendet werden kann.

Sowohl diese Gruppe als auch andere Leute schauen sich um und sagen: Vergessen wir die typische Art und Weise, wie wir Magnetresonanz machen, sagt Andrew Webb , einem MRT-Spezialisten an der Penn State University. Dieser Ansatz bietet eine ganz andere Möglichkeit, dieses MRT-Signal zu erkennen, sagt er.

Bei herkömmlichen MRT-Scannern zwingt ein starkes, gleichmäßiges Magnetfeld einige der Wasserstoffatome im Inneren eines Patienten oder einer Probe dazu, sich in dieselbe Richtung zu drehen. Ein Hochfrequenzimpuls bewirkt dann, dass die ausgerichteten Wasserstoffatome ihre Richtung ändern und in einen hochenergetischen Zustand übergehen. Wenn der Puls endet, richten sich diese Atome allmählich neu aus, während sie Energie abgeben. Eine Magnetspule im MRT-Gerät kann diese Energie erfassen, die zur Erstellung des Bildes verwendet wird.

Das neue Gerät, optisches Atommagnetometer genannt, wurde entwickelt, um Flüssigkeiten wie Gase und Wasser abzubilden. Das Probenmaterial wird zunächst mit einem Magneten polarisiert. Dann wird es einem variierenden Magnetfeld ausgesetzt, in dem jedes Atom in der Probe einen anderen Magnetismus erhält, was ihm einen anderen Spin verleiht.

Die Probe bewegt sich dann in eine Detektionskammer. Im Gegensatz zur herkömmlichen MRT, bei der die strukturellen Informationen mithilfe einer Magnetspule erfasst werden, entwickelte Budkers Labor jedoch eine Möglichkeit, das MRT-Signal mithilfe von Licht zu erkennen. Eine Glaszelle in der Nähe der Kammer ist mit Rubidiumatomen gefüllt, die sehr empfindlich auf Änderungen der Magnetfelder reagieren und magnetische Signale der Probe erkennen können. Wenn ein Laserlicht die Rubidiumatome untersucht, ändern sie die Polarisation des Laserlichts entsprechend der Stärke der von ihnen wahrgenommenen Magnetfelder. Die Signale können dann zu einem Bild rekonstruiert werden. (Eine Beschreibung des Geräts und vorläufige Ergebnisse wurden letzten Monat in der Proceedings of the National Academy of Sciences. )

Der interessanteste Aspekt der Studie ist, dass sie zwei Technologien kombiniert, die beide noch jung sind und noch verbessert werden könnten, sagt Michael Romalis , ein Physiker an der Princeton University, der ähnliche MRT-Techniken entwickelt. Mit diesen beiden Technologien kann man ein ziemlich einfaches und kostengünstiges System bauen, sagt er.

Obwohl es eine kreative Lösung für einige bildgebende Probleme bietet, ist das Verfahren derzeit wahrscheinlich nicht für eine breite medizinische Anwendung geeignet. Da es auf den Zugang zu den abgebildeten Flüssigkeiten angewiesen ist, wäre die praktikabelste medizinische Anwendung die Bildgebung der Lunge mit einem polarisierten Gas, sagt Shoujun Xu, ein Mitglied des Labors von Pines.

Stattdessen könnten Geologen damit im Labor flüssigkeitsgefüllte poröse Gesteinsproben untersuchen, die oft magnetische Verunreinigungen enthalten, die Hochleistungsmagnete stören. Und mit weiteren Verbesserungen könnte es eines Tages von der Erdölindustrie verwendet werden, um poröse Materialien wie Ölfelder und Lagerstättengestein zu untersuchen, die auch magnetische Verunreinigungen aufweisen.

Die Forscher gehen auch davon aus, die Technik in der Mikrofluidik anzuwenden, die kleine Lab-on-a-Chip-Technologien verwendet, um biologische Prozesse zu untersuchen, nach neuen Medikamenten zu suchen und Toxizitätsgrade in Wasser zu testen. Derzeit müssen Chips speziell für den Einsatz in starken Magnetfeldern hergestellt werden, um Flüssigkeiten und chemische Reaktionen mit MRT zu überwachen.

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