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ETH Zürich / Sensorik / Medizintechnik

Hochpräzise Magnetfeld-Messung

2. Dezember 2016, 12:21 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Mechanische Abläufe im Körper sichtbar machen

Die Wissenschaftler erwarten Anwendungen ihrer Technik in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft, einige davon in der Medizin. Allerdings stecken diese Anwendungen größtenteils noch in den Kinderschuhen.

»In einem MRI-Gerät werden die Moleküle im Körpergewebe minim magnetisiert – insbesondere die Wassermoleküle, die auch im Blut vorhanden sind«, erklärt Doktorand Gross. »Der neue Sensor ist so empfindlich, dass wir damit mechanische Vorgänge im Körper messen können, etwa die periodischen Kontraktionen des Herzens durch den Herzschlag.«

In einem Experiment…

...platzierten die Wissenschaftler ihren Sensor einer freiwilligen Versuchsperson im einem MRI-Gerät vor der Brust. So konnten sie periodische Magnetfeldänderungen nachweisen, die im Gleichtakt mit dem Herzschlag pulsierten.

Die Messkurve erinnert an ein Elektrokardiogramm (EKG), misst aber im Gegensatz zu letzterem nicht die elektrische Reizleitung, sondern mechanische Prozesse (die Herzkontraktion). »Wir sind daran, unsere Magnetometer-Messung gemeinsam mit Kardiologen und Signalverarbeitungsexperten auszuwerten und weiterzuentwickeln«, sagt Prüssmann. »Letztlich hoffen wir, dass unser Sensor Informationen zu Erkrankungen des Herzens liefern kann – und dies nicht-invasiv und in Echtzeit.«

Zur Entwicklung besserer Kontrastmittel

Auch bei der Entwicklung neuer Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie könnte die neue Messtechnik zur Anwendung kommen: Der Bildkontrast beim MRI beruht zu einem großen Teil darauf, wie schnell ein magnetisierter Kernspin in seinen Gleichgewichtszustand zurückfällt. Fachleute sprechen dabei von Relaxation. Mit Kontrastmitteln, welche bereits in geringen Konzentrationen die Relaxationseigenschaften der Kernspins beeinflussen, versucht man, bestimmte Strukturen im Körper hervorzuheben.

In starken Magnetfeldern konnten Wissenschaftler bisher aus Gründen der Empfindlichkeit nur zwei der drei räumlichen Kernspin-Komponenten und deren Relaxation messen. Die besonders bedeutende Relaxation in der dritten Dimension mussten sie indirekt bestimmen.

Die neue präzise Messtechnik erlaubt es erstmals in starken Magnetfeldern, alle drei Dimensionen der Kernspins direkt zu messen. Dank der direkten Messung aller drei Kernspin-Komponenten wären in Zukunft auch Weiterentwicklungen bei der Kernspinresonanz-Spektroskopie für die Biologie und die Chemie denkbar.