Laser erkennt Fehler im MRT-Scan

In der Medizin wird die Magnetresonanztomographie, kurz MRT, täglich verwendet, um Bilder verschiedener Organe zu erzeugen und so beispielsweise Krankheiten zu erkennen. Doch Untersuchungen mit einem Magnetresonanztomografen sind oft zeitaufwendiger oder schlechter aufgelöst als andere bildgebende Verfahren. Nun haben Forschende eine neue Möglichkeit entwickelt, Bildfehler zu vermeiden und MRT-Untersuchungen dadurch schneller und genauer zu machen. Wie sie in der Fachzeitschrift „PRX Quantum“ berichten, messen sie dabei die Magnetfelder des MRT indirekt mit Laserlicht.

Der zentrale Bestandteil eines MRT-Geräts ist eine große Spule, welche ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt. Dieses wirkt sich auf eine besondere quantenmechanische Eigenschaft von Atomen aus: Den Spin. Das Magnetfeld richtet die Spins der Wasserstoffionen, die sich in allen Geweben des menschlichen Körpers finden, wie Kompassnadeln in eine Richtung aus. Senkrecht zu dem Hauptmagnetfeld wird für kurze Zeit ein zweites Magnetfeld angelegt, welches den Spin der Ionen in eine andere Richtung auslenkt – sobald es abgeschaltet wird, kippt der Spin zurück. Die Zeit, welche die Spins benötigen, um in ihre Ausgangslage zurückzukehren, ist je nach Gewebesorte unterschiedlich. Misst man sie, kann ein Computer aus den verschiedenen gemessenen Zeiten ein Schwarz-Weiß-Bild der Gewebeschichten konstruieren.

Damit sich ein Bild erzeugen lässt, müssen die beiden Magnetfelder aufeinander abgestimmt sein. Aber starke Magnetfelder können schwanken. Kommt es zu solchen Schwankungen, passen die beiden Magnetfelder nicht mehr zusammen. Das führt zu Fehlern auf dem Bild. Um diese zu kompensieren, sind mehrere Aufnahmen der gleichen Schicht notwendig – und damit längere Messzeiten. Sind die Schwankungen im Magnetfeld bereits während der Messung bekannt, lassen sich die entsprechenden Bilder direkt identifizieren und neu messen oder theoretisch sogar in Echtzeit korrigieren. Doch bislang gibt es keine Methode, das Magnetfeld während eines laufenden Scans genau zu messen, da die Methoden selbst wiederum das Magnetfeld beeinflussen.

Prototyp misst Magnetfeld beim Scannen

Genau dort hat ein Forschungsteam um Hans Stærkind von der Universität Kopenhagen angesetzt und eine neue Methode zur Magnetfeldmessung entwickelt: Ein Laser strahlt auf einen Glasbehälter, welcher mit Cäsiumgas gefüllt ist und sich innerhalb des Magnetfelds befindet. Das Laserlicht regt die Atome des Gases an, es gibt also Energie an sie ab – das können die Forschenden messen. Allerdings funktioniert das nur, wenn das Laserlicht mit einer bestimmten Frequenz leuchtet. Wie hoch diese Frequenz ist, unterscheidet sich von Gas zu Gas – und sie hängt von der Stärke des Magnetfelds ab. Indem sie die Frequenz des Lasers variieren, bis sie die passende Frequenz für Cäsiumgas erreichen und eine Anregung feststellen, können die Forschenden also indirekt das Magnetfeld messen.

Dass diese Methode sich auch praktisch umsetzten lässt, zeigen Stærkind und sein Team mit Hilfe eines Prototyps. Diesen bauten sie auf einem rollenden Regal auf, um ihn in Zukunft im Krankenhaus flexibel einsetzen zu können. Ihre Magnetfeldmessungen stimmen mit denen anderer Methoden überein. Doch sie haben einen entscheidenden Vorteil: Da der Prototyp kein Metall enthält, funktioniert dieser, ohne den eigentlichen MRT-Scan zu stören, und kann zeitgleich zum Scan messen. So ist für die gleiche Bildqualität weniger Messzeit nötig.

Nun wollen Stærkind und sein Team die Genauigkeit des Prototyps verbessern. Sie hoffen, ihre Technologie auf lange Sicht so weit zu entwickeln, dass sie in neuen Magnetresonanztomographen eingebaut und im Klinikalltag eingesetzt werden kann – um MRT-Scans in Zukunft günstiger, genauer und schneller zu machen.