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Panorama Forscher ermöglichen Blick ins schlagende Herz
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19:53 31.08.2010
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Das schlagende Herz eines Menschen kann jetzt in Echtzeit gefilmt werden. Göttinger Wissenschaftler haben ein neues Verfahren zur Magnetresonanz-Tomografie (MRT) entwickelt, mit dem sich erstmals Bewegungen von Organen und Gelenken live darstellen lassen. Durch die neue Aufnahmetechnik verkürzt sich die Messzeit für eine MRT-Bildaufnahme auf Bruchteile einer Sekunde, sodass sich zum Beispiel die Pumpbewegungen eines Herzmuskels oder die Beugung eines Kniegelenks direkt verfolgen lassen.

Durch das weiterentwickelte MRT könne die Diagnostik bei Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Herzmuskelschwäche verbessert werden, sagt Prof. Jens Frahm. Er ist wissenschaftlicher Leiter der Biome­dizinischen NMR Forschungs GmbH, die dem Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie angegliedert ist. Ein weiteres mögliches Einsatzgebiet seien minimal-invasive Operationen, die künftig unter MRT statt wie bisher unter Röntgen-Kontrolle möglich sein könnten. Allerdings müsse man erst lernen, das Echtzeit-MRT medizinisch zu nutzen.

Die MRT-Technik arbeitet mit Magnetfeldern und Radiowellen. Sie ist für Patienten schmerzfrei und schonend, weil sei – anders als Röntgenuntersuchungen – nicht mit einer Strahlenbelastung einhergeht.

Die in Göttingen entwickelte „FLASH“-Aufnahmetechnik verkürzte die Messzeiten ein­zelner Schnittbilder von mehreren Minuten auf wenige Sekunden. Die Erfindung ermöglichte völlig neue Einblicke in die Anato­mie, den Stoffwechsel und die Funktionsweise des Gehirns und vieler anderer Körperregionen. Für die Untersuchung von schnell bewegten Organen und Gelenken waren die Geräte bislang zu langsam.

„Wir haben eine solche Beschleunigung kaum für möglich gehalten“, sagte Frahm. Er hatte bereits 1985 eine Methode entwickelt, die den Durchbruch zur Nutzung der Magnetresonanz-Tomografie in der Medizin brachte. Heute ist sie eines der wichtig­sten bildgebenden Verfahren in der medizinischen Diagnostik. Bis dahin benötigten die Geräte teilweise mehr als eine Stunde, um Körperabschnitte von Patienten abzubilden.

Um beispielsweise mit der bisherigen Technik Herzbewegungen zu verfolgen, müssen die MRT-Messungen mit dem EKG synchronisiert werden. Dabei muss der Patient den Atem anhalten, was für diesen eine starke Belastung bedeutet. Aus den einzelnen Messdaten wird dann ein Mittelwert gebildet und zu einem „synthetischen“ Herzschlag zusammengesetzt. „Mit dem neuen Verfahren können wir erstmals Echtzeitfilme herstellen, sodass wir direkt auf das Herz schauen können“, erklärt Frahm. Damit lassen sich die Pumpbewegungen des Herzmuskels direkt verfolgen – Herzschlag für Herzschlag.

Möglich wurde dies zum einen durch die Integration neuer Ortskodierungstechniken in das FLASH-Standardverfahren. Damit wurden die MRT–Aufnahmen gegenüber Bewegungen weitestgehend unempfindlich. Außerdem entwickelten die Forscher des Göttinger Max-Planck-Instituts ein neues mathematisches Verfahren, das die Messzeiten bis auf eine fünfzigstel Sekunde (20 Millisekunden) verkürzt. Das Verfahren macht es möglich, auch aus einer vergleichsweise geringen Datenmenge ein aussagekräftiges Bild zu berechnen. „Im Extremfall werden dafür nur fünf Prozent der Daten eines normalen MRT-Bildes benötigt“, sagt Frahm. Damit haben die Göttinger Forscher die MRT-Messzeit seit Mitte der achtziger Jahre um den Faktor Zehntausend beschleunigt.

Einen Knackpunkt gibt es allerdings noch: Zwar lässt sich die neue Messtechnik bereits mit den heutigen MRT-Geräten realisieren, doch für die Bildberechnung sind deutlich schnellere Computer nötig. Die Göttinger Forscher behelfen sich bislang mit schnellen Grafikkarten, die ursprünglich für Computerspiele und dreidimensionale Visualisierungen entwickelt wurden. Damit sich auch diese schnelle Aufnahmetechnik zu einem allgemein praktizierten Standardverfahren entwickeln kann, kooperieren sie mit der Firma Siemens Healthcare.

Ein Video vom schlagenden Herzen finden Sie auf der Homepage der Max-Planck-Gesellschaft.

Heidi Niemann

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