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Echtzeit-MRT Echtzeit-Filme aus unserem Körper: Vom Sprechen bis zum Herzschlag

Autor / Redakteur: Dr. Carmen Rotte* / Dr. Ilka Ottleben

Gibt es bei einer Person Auffälligkeiten im Hirngewebe? Liegt ein Bandscheibenvorfall vor? Um derartige Fragen zu beantworten, untersuchen Radiologen heutzutage Patienten mithilfe eines Magnetresonanz-Tomografen (MRT). Es war ein Göttinger Forscher und sein Team, die dafür gesorgt haben, dass die MRT-Technologie heute bis zu 10.000 mal schneller ist, als zu ihren Anfängen. Zudem schafften die Forscher den Durchbruch hin zur Echtzeit-MRT, die faszinierende Einblicke in unseren Körper ermöglicht. Dafür ist Jens Frahm nun für den Europäischen Erfinderpreis 2018 nominiert worden.

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Dass Untersuchungen im Magnetresonanz-Tomografen heute vergleichsweise schnell vonstattengehen, ist Jens Frahm und seinen Mitarbeitern zu verdanken.
Dass Untersuchungen im Magnetresonanz-Tomografen heute vergleichsweise schnell vonstattengehen, ist Jens Frahm und seinen Mitarbeitern zu verdanken.
(Bild: © Frank Vinken | dwb)

Göttingen – Das Europäische Patentamt hat den Göttinger Physiker Jens Frahm vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie als einen der drei Finalisten im Bereich Forschung nominiert. Die Gewinner werden am 7. Juni 2018 in Paris, Saint-Germain-en-Laye (Frankreich) gekürt.

Mit der Nominierung würdigt das Europäische Patentamt Jens Frahms bahnbrechende Weiterentwicklungen der Magnetresonanz-Tomografie (MRT). In zwei Schritten ist es dem Wissenschaftler und seinem Team gelungen, die MRT um das bis zu 10.000-fache zu beschleunigen: Die Mitte der 1980er-Jahre entwickelte FLASH-MRT ist heute eines der bedeutendsten bildgebenden Verfahren in der klinischen Diagnostik und weltweit im Einsatz. Mit dem seit 2010 etablierte FLASH2-Verfahren schafften die Göttinger Forscher den Durchbruch hin zur Echtzeit-MRT. Mit dieser Technik lassen sich erstmals Vorgänge im Inneren des Körpers in Echtzeit filmen. Sie wird gegenwärtig für den klinischen Einsatz an verschiedenen Krankenhäusern im In- und Ausland erprobt.

MRT als bildgebendes Verfahren in der klinischen Diagnostik

Gibt es bei einer Person Auffälligkeiten im Hirngewebe? Wurden bei einem Unfallopfer innere Organe verletzt? Liegt ein Bandscheibenvorfall vor? Hat das Herz Schaden genommen? Um derartige Fragen zu beantworten, untersuchen Radiologen heutzutage Patienten mithilfe eines Magnetresonanz-Tomografen – und der FLASH-Technologie.

Damit lassen sich in kurzer Zeit präzise und sogar dreidimensionale Schnittbilder unseres Körpers erzeugen, mit denen sich besonders gut und genau krankhafte Veränderungen an praktisch allen Organen des Körpers abbilden lassen. Zudem ist das Verfahren – im Gegensatz zu Röntgentechniken wie der Computer-Tomografie – für den Menschen gesundheitlich völlig unbedenklich.

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Wie funktioniert die MRT?

Die MRT macht sich eine besondere Eigenschaft der im Körper allgegenwärtigen Wasserstoff-Atomkerne zunutze: ihren Drehimpuls, auch Kernspin genannt. Dieser Kernspin verwandelt die Atomkerne in winzige Magneten. Befinden sich diese in einem Magnetfeld, richten sie sich entlang der Magnetfeldlinien aus. Ein Magnetresonanz-Tomograf (MRT) erzeugt ein solches Magnetfeld und zusätzlich kurze Radiofrequenzpulse im UKW-Bereich, die die Kernmomente kurzzeitig aus ihrem Gleichgewicht auslenken. Wenn sie wieder in ihre ursprüngliche Ausrichtung zurückkehren, senden sie Radiowellen aus, die von hochempfindlichen Spulen aufgezeichnet werden. Vielfach wiederholt, lässt sich aus diesen ortsabhängigen Signalen am Computer ein Bild berechnen, das exzellente Darstellungen von Organen und Gefäßen ermöglicht.

100 Millionen Untersuchungen jährlich mit FLASH-MRT

Frahm revolutionierte mit seiner Technologie die MRT rund zwölf Jahre nach ihrer Erfindung durch Paul Lauterbur 1973, indem er diese fundamental beschleunigte. Denn die MRT hatte bis dahin einen massiven Nachteil: Für den Einsatz in der Medizin war sie schlicht zu langsam – eine einfache Schichtaufnahme dauerte mehrere Minuten. Diese langen Messzeiten entstanden durch die vielen Einzelmessungen mit unterschiedlicher Ortskodierung und der dazwischen nötigen Wartezeit.

„Unsere Idee in den 1980er-Jahren war es, für jede Einzelmessung nur einen Teil des verfügbaren MRT-Signals zu nutzen. Mit diesem physikalischen Trick konnten wir die Pausen vollständig eliminieren und die Messzeiten radikal um mindestens den Faktor 100 verkürzen“, berichtet Frahm. Heute finden weltweit etwa 100 Millionen Untersuchungen im Jahr statt; jede einzelne basiert auf Frahms Technologie. FLASH ist damit das bisher erfolgreichste Patent der Max-Planck-Gesellschaft und verhalf der MRT in der medizinischen Diagnostik zum Durchbruch.

Echtzeit-MRT: Das schlagende Herz „live“ beobachten

Thorax: Echtzeit-MRT-Aufnahme der natürlichen Bewegungen des Brustkorbs: Atmung und Herzschlag sind deutlich sichtbar. Im Gegensatz zur klinischen Praxis mit herkömmlichen Magnetresonanz-Tomografen muss der Patient hier dank der schnellen Bildrate weder den Atem anhalten, noch muss die Aufnahme über das EKG-Signal gesteuert werden. (Video: © Jens Frahm / Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie)

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