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Rubrik: Tagesberichte |
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SEP-Projekt "Life Sciences and Medical Engineering" Starke Röhre für Hirn und Herz | |
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Über die strategischen Erfolgspositionen (SEP) werden von Herbst 2002 bis 2005 neue MRI-Methoden zur Analyse von Herz-Kreislauf- und neurologischen Erkrankungen gefördert. Zur Halbzeit bietet „ETH Life“ einen Einblick in drei Anwendungen der Magnetresonanz-Tomographie, sowie einen Zukunftsausblick auf ein beantragtes 7-Tesla-Gerät und ein neues Master-Studium. Von Jakob Lindenmeyer und Richard Brogle Die Strategischen Erfolgspositionen (SEP) der ETH förderten in den letzten drei Jahren quer zu Fach-, Departements- und Hochschulgrenzen liegende Forschungsinitiativen mit total 40 Millionen Franken. (1) Innerhalb dieser Projekte wurde die Erforschung neuer Methoden der Magnetresonanz-Tomographie (MRI, siehe Kasten) zur Analyse von Herz-Kreislauf- und neurologischen Erkrankungen mit 1,5 Millionen Franken unterstützt. (2) Unter anderem ermöglichte die SEP-Finanzierung eine Beschleunigung bei der Entwicklung der dynamischen Bildgebung, den Aufbau eines MRI User-Labs für externe Forschungsgruppen und eines „Coil-Labs“ zur Entwicklung neuer Empfangsspulen.
Mit der in den letzten Monaten entwickelten dynamischen Abbildungstechnik kt-Blast wird die Zeit-Dimension im Fourrier-Raum optimiert. Dadurch kann die dynamische Bildgebung um das Achtfache beschleunigt werden. Die kürzere Messzeit erlaubt erstmals die Analyse neuer Parameter sich rasch bewegender Organe wie Herz, Blutfluss im Kreislauf oder Bewegungen im Gaumen beim Sprechen.
Von Kopf bis Fuss Das in den letzten Jahren aufgebaute MRI User-Lab erlaubt es externen Forschungsgruppen von Uni und ETH, an den Magnetresonanz-Tomographen weitgehend selbständig Experimente durchzuführen. Ermöglicht wurde dies durch Schulung, Dokumentation, Betreuung und durch die Entwicklung spezieller Hardware. So misst beispielsweise das ETH-Labor für Biomechanik Fussgelenke, während etwa die Psychiatrische Forschung mittels MRI versucht, möglichst frühzeitig die Alzheimer-Krankheit zu erkennen.
Im dritten Teilprojekt, dem „Coil-Lab“, werden Empfangsspulen für spezielle Untersuchungen und Forschungsprojekte entwickelt. Die kommerziell erhältlichen Emfpangsspulen decken zwar den grössten Teil bekannter MRI-Analysen ab. Doch um beispielsweise die Nerven im Handgelenk optimal darzustellen, braucht es eine spezielle Anordnung kleiner Empfangsspulen. Auch Reihen mehrere gleichgeschalteter Spulen für die parallele Bildgebung sind nicht für alle Anwendungen kommerziell erhältlich. "Da geht es oft schneller und einfacher, eine passende Spule gleich selber zu bauen und zu optimieren, als abzuwarten, bis eine kommerzielle Lösung erhältlich ist", begründet der Physiker Roger Lüchinger die Notwendigkeit des „Coil-Lab“, speziell auch mit dem beantragten 7-Tesla Gerät. Zudem werden im „Coil-Lab“ neuartige Spulensysteme für die massiv-parallele Bildgebung und neue Detektions- und Übertragungskonzepte entwickelt.
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Forschung in starkem Magnetfeld Das neuste Grossprojekt am Institut für Biomedizinische Technik ist die Inbetriebnahme und Forschung mit einem 7 Tesla starken MRI-Gerät. Spital-Standard sind heute Tomographen mit einer Feldstärke von 1,5-Tesla. Als weltweit erstes Forschungsinstitut konnte das Institut für Biomedizinische Technik (IBT) (3) vor drei Jahren ein Gerät mit doppelt so starkem Magnetfeld in Betrieb nehmen. Heute wird das 3-Tesla-MRI bereits routinemässig für klinische Untersuchungen eingesetzt. Die Forschung hingegen experimentiert bereits mit ersten 7 Tesla starken Tomographen. Der Vorteil des stärkeren Magnetfelds liegt in der höheren Auflösung und einer rascheren Untersuchung. Dies erlaubt die Analyse von Strukturen und funktionellen Vorgängen, die bisher nicht darstellbar waren, beispielsweise weil Patienten kaum eine Stunde still liegen können. Auch erlaubt das stärkere Magnetfeld die Erkennung zusätzlicher Metaboliten, was beispielsweise die Analyse von Hirnerkrankungen wie der Schizophrenie unterstützen könnte. Doch bis zur klinischen Anwendungen des 7-Tesla-MRI wird es nach Lüchingers Einschätzung noch einige Jahre dauern. "Es gibt zahlreiche technische Probleme, die noch gelöst werden müssen, bevor ein 7-Tesla-Gerät routinemässig in der Klinik eingesetzt werden kann." Zudem müssen auch neue Empfangsspulen entwickelt und Messmethoden auf das stärkere Magnetfeld optimiert werden, wie etwa der am IBT vor fünf Jahren entwickelte und heute als weltweiter Standard auf über 2500 MRI-Geräten installierte Scan-Beschleuniger SENSE (Sensitivity Encoding) (4). SENSE ist eine MRI-Bildrekonstruktionsmethode zur Aufnahme mit heute bis zu 32 Empfangsspulen. Die dadurch erreichten parallelen Bildgebungsverfahren erlauben die Beschleunigung vieler MRI Messungen um das Vier- bis Achtfache. Seekrank bei raschen Kopfbewegungen Auf mögliche Gefahren starker Magnetfelder von sieben Tesla angesprochen, winkt Lüchinger beruhigend ab. "Das einzige, was man bis jetzt herausgefunden hat, ist eine leichte Benommenheit oder Übelkeit bei schnellem Ein- oder Austritt des Kopfes ins Magnetfeld." Dadurch werden bei hohen Feldstärken möglicherweise Spannungen induziert und die Nerven angeregt. Wenn diese Anregungen nicht mit den visuellen Reizen übereinstimmen, ergäben sich ähnliche Effekte wie bei der Seekrankheit. Bei Untersuchungen im 7-Tesla-Gerät muss deshalb darauf geachtet werden, die Patienten langsam ins Magnetfeld hineinzufahren. Tomographen-Röhren sind nicht ganz billig. Während konventionelle Geräte ab rund 1,5 Millionen Franken erhältlich sind, bewegen sich die Preise für Hochfeldgeräte um eine Million Euro - pro Tesla Feldstärke! Für die Anschaffung des benötigten 7-Tesla-MRI auf nächstes Jahr rechnet das IBT mit Kosten von rund zwölf Millionen Franken. Je zwei Millionen sollen die Trägerschulen ETH und Uni übernehmen, während die Industrie drei Millionen sponsert. Der Rest wird über private Stiftungen und Institutsmittel finanziert.
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