Ohne Strahlung – neuer Scanner für menschlichen Körper

Die Entwicklung bildgebender Verfahren wie das Röntgen, CT, MRT oder Ultraschall waren große und richtungsweisende Errungenschaften und sind aus der heutigen Medizin nicht mehr wegzudenken. Diese Techniken ermöglichen nicht nur eine detaillierte Darstellung des menschlichen Körpers, sondern helfen Ärzten auch, Anomalien zu erkennen oder funktionelle Prozesse im Körper zu analysieren. Der Nachteil an Computertomographie (CT) und Röntgen? – Die Strahlenbelastung für Patienten und Personal.

Einer Gruppe von Physikern und Medizinern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ist es gelungen, mit dem Magnetic Particle Imaging (MPI) ein innovatives, strahlungsfreies und für den Menschen geeignetes Bildgebungsverfahren zu entwickeln. Mit dem neu erfundenen tragbaren Scanner lassen sich unter anderem dynamische Prozesse im menschlichen Körper, wie zum Beispiel der Blutfluss, sichtbar machen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlicht.

Empfindliche und schnelle Alternative

Die Magnetpartikel-Bildgebung (MPI) ist eine Technik, die, wie der Name schon sagt, auf der direkten Visualisierung von magnetischen Nanopartikeln beruht. Solche Nanopartikel kommen im menschlichen Körper nicht natürlich vor und müssen als Marker verabreicht werden. Konventionelle CTs und MRTs funktionieren nach der Positronen-Emissions-Tomographie.

"Wie bei der Positronen-Emissions-Tomographie, die auf die Verabreichung radioaktiver Substanzen als Marker angewiesen ist, hat diese Methode den großen Vorteil, dass sie empfindlich und schnell ist, ohne störende Hintergrundsignale von Gewebe oder Knochen zu 'sehen'", erklärt Professor Volker Behr vom Physikalischen Institut der Universität. Die MPI basiert nicht auf dem Nachweis von Gammastrahlen eines radioaktiven Markers wie die Positronen-Emissions-Tomographie, sondern auf dem Antwortsignal der magnetischen Nanopartikel auf Magnetfelder. "Dabei wird die Magnetisierung von Nanopartikeln mit Hilfe von äußeren Magnetfeldern gezielt manipuliert, wodurch nicht nur ihre Anwesenheit, sondern auch ihre räumliche Position im menschlichen Körper nachgewiesen werden kann", sagt der Physiker Patrick Vogel, Erstautor der Veröffentlichung.

Erste MPI-Versuche bereits 2005

Die MPI-Idee ist nicht neu. Bereits 2005 konnte die Firma Philips die ersten Bilder dieses neuartigen Ansatzes in einem kleinen Demonstrator zeigen, der allerdings nur wenige Zentimeter große Proben aufnehmen konnte. Und die Entwicklung von Geräten, die für die Untersuchung von Menschen geeignet sind, erwies sich als schwieriger als erwartet und führte zu großen, schweren und teuren Konstruktionen. 2018 fand das Team um Professor Volker Behr und Patrick Vogel einen neuen Weg, die komplexen Magnetfelder, die für die Bildgebung benötigt werden, in einer viel kleineren Konstruktion umzusetzen. In einem mehrjährigen Forschungsprojekt gelang es den Wissenschaftlern, das neuartige Konzept in einem speziell für Interventionen konzipierten MPI-Scanner (Interventional Magnetic Particle Imaging - iMPI) umzusetzen. "Dies ist ein erster wichtiger Schritt in Richtung strahlenfreie Intervention. MPI hat das Potenzial, diesen Bereich nachhaltig zu verändern", sagt Dr. Stefan Herz, Seniorautor der Publikation.