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Für die Medizin: Werkstoffe aus Körpergewebe oder Luft

21.04.1999 - (idw) Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Bei chirurgischen Eingriffen, die an einem offenen Kernspintomographen durchgeführt werden, ist in der direkten Umgebung der verwendeten Instrumente keine fehlerfreie Bilddarstellung möglich. Dieses Problem wollen Wissenschaftler der Universität Würzburg lösen.


Kernspintomographisches Querschnittsbild einer zylinderförmigen Probe (Bildmitte), die sich in einem mit Wasser gefüllten Gefäß befindet. In der Umgebung der Probe kommt es zu starken Verzerrungen im Magnetfeld.
Diese zylinderförmige Probe in der Bildmitte besteht aus suszeptibilitätskorrigiertem Material. Im kernspintomographischen Querschnittsbild sind kaum Verzerrungen des Magnetfeldes erkennbar. Bei der Kernspintomographie wird der Patient in ein starkes, gleichmäßiges Magnetfeld gebracht. Durch ein zweites, sich veränderndes Magnetfeld werden dann die Kerne der im Körper vorhandenen Wasserstoffatome magnetisch angeregt, in eine Art Taumelbewegung versetzt. Diese klingt nach dem Abschalten des veränderlichen Feldes ab, und dabei verhalten sich die Wasserstoffatome unterschiedlich - je nachdem, in welcher Umgebung sie sich befinden. Das unterschiedliche Abklingverhalten lässt sich mit Hilfe der modernen Technik zur Bildgebung ausnutzen: Es können Querschnittsbilder des Körpers erzeugt werden, auf denen man zum Beispiel einen Tumor von gesundem Gewebe abgrenzen kann.

Das Verhalten eines Stoffes in einem Magnetfeld wird durch seine sogenannte magnetische Suszeptibilität beschrieben. Für die eingangs erwähnten Abbildungsfehler (Artefakte), die bei Kernspinbildern auftreten, ist der sprunghafte Unterschied zwischen der magnetischen Suszeptibilität des Werkstoffes und seiner unmittelbaren Umgebung verantwortlich. Dieser Suszeptibilitätssprung erzeugt Verzerrungen im gleichmäßigen Magnetfeld des Kernspintomographen, die eine formgetreue Darstellung der abzubildenden Region erschweren oder gar verhindern.

Vor diesem Hintergrund sollen am Lehrstuhl für Experimentelle Zahnheilkunde der Universität Würzburg unter Leitung von Prof. Dr. Roger Thull keramische Werkstoffe entwickelt werden, die eine artefaktarme Bilddarstellung ermöglichen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert dieses Projekt.

Die Verzerrungen im Magnetfeld sind umso geringer, je näher die magnetischen Suszeptibilitäten der beteiligten Stoffe beieinanderliegen. Also können die Abbildungsfehler durch Werkstoffe minimiert werden, deren Suszeptibilität nahe bei der des Gewebes liegt. Zu solchen Materialien wollen die Würzburger Forscher gelangen, indem sie Oxidkeramiken, wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, mit anderen Verbindungen kombinieren, wie Projektmitarbeiter Jürgen Cremer erläutert.

Sollen die Werkstoffe für chirurgische Instrumente magnetisch angepasst werden, dann müssen sich die Forscher nach den magnetischen Eigenschaften der Luft richten, weil die Instrumente bei einem Eingriff von Luft umgeben sind. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass sich beim Mischen von paramagnetischen und diamagnetischen Komponenten eine mittlere Suszeptibilität ergibt, die dem Mischungsverhältnis der Komponenten entspricht. So ist es laut Cremer prinzipiell möglich, beliebige Suszeptibilitäten einzustellen - wobei die verwendeten Werkstoffe natürlich körperverträglich sein müssen. Zusätzlich wird in diesem Projekt geprüft, ob sich aus solchen artefaktfreien Werkstoffen auch Körperimplantate herstellen lassen.

Weitere Informationen: Diplom-Physiker Jürgen Cremer, Prof. Dr. Roger Thull, T (0931) 201-7352, Fax (0931) 201-7350, E-Mail:

rthezm@mail.uni-wuerzburg.de
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