Starke Röhre, tiefe Einsicht

22. Juni 2010, 19:01
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Am Exzellenzzentrum für Hochfeld-Magnetresonanz an der Med-Uni Wien werden Körperfunktionen sichtbar gemacht - Der 7-Tesla-MR könnte die Therapien für viele Erkrankungen zukünftig entscheidend verändern

Im Schatten des riesigen AKHs steht ein unscheinbarer Flachbau. Wer von der Wiener Lazarettgasse in Österreichs größte Universitätsklinik will, muss daran vorbei. Vom spektakulären Innenleben dieses Hauses wissen nur die, die hier zu tun haben. Im grauen Neubau werden Bilder gemacht, die jene Vorgänge im Organismus des Menschen sichtbar machen, über die bisher nur spekuliert wurde. Derzeit laufen 20 Forschungsprojekte. Der 7-Tesla, wie die Forscher das Gerät kurz nennen, ist eines von weltweit 30, und nur hier in Wien werden schon Menschen damit untersucht. Und wie Christian Herold, Leiter der Radiodiagnostik betont, sei "das kein Plug and Play, sondern Neuland".

Seit 2008 wurden 250 Patienten in die Röhre geschoben. "Einstweilen betreiben wir klinisch angewandte Forschung", präzisiert Siegfried Trattnig, seit Februar Leiter des Exzellenzzentrums und Professor für Hochfeld-MR. Kein Arzt kann Patienten hierhin überweisen, nur Teilnehmer von Studien werden im Hightech-Zentrum untersucht.

Und Hightech ist notwendig, um Stoffwechselvorgänge im Körper sichtbar zu machen. Dafür arbeiten Physiker, Biochemiker und Radiologen mit Fachärzten zusammen. Sie alle kommen am Exzellenzzentrum in einem unterirdischen Raum zusammen und schauen durch ein dickes Glasfenster in den Untersuchungsraum. Der 7-Tesla sieht wie jedes andere MR-Gerät dieser Welt aus, nur ist das Magnetfeld hier so stark, dass 270 Tonnen Eisen notwendig sind, um es abzuschirmen. Wer diesen Raum betritt und vergisst, Handy oder Uhren abzulegen, kann sie dann wegwerfen. Das Magnetfeld zerstört sie.

Den menschlichen Körper selbst gefährdet das Magnetfeld hingegen nicht. Untersuchungen dauern zwischen 15 und 20 Minuten. Bei ohrenbetäubendem Lärm werden durch starke Magnetfelder und elektromagnetische Wechselfelder im Radiofrequenzbereich bestimmte Atomkerne im Körper angeregt. Diese strahlen dann ihrerseits Radiowellen ab, die vom MR-Gerät registriert werden. Aus diesen Signalen errechnet der 7-Tesla dann Schnittbilder, welche die Basis für Befunde sind.

Schwingende Kerne

"Der Vorteil hoher Feldstärke ist, dass wir mehr Signal haben und wir dadurch genauer bestimmen können, welche Stoffe wir in einer Körperregion darstellen wollen", erklärt Stephan Gruber, Physiker am Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR. Erfolgreich sind die Untersuchungen dann, wenn auf hochaufgelösten Bildern kleinste Details wie etwa die feinen Verästelungen von Blutgefäßen erscheinen. "Es gibt keine Firma, die uns da Software auf den Computer spielt, das entwickeln wir hier alles selbst", so Gruber.

Bisher können am 7-Tesla nur einzelne Körperteile untersucht werden, und zwar solche, die in Spulen - das sind Plastikteile mit Innenverdrahtung, die wie kleine Käfige aussehen - fixiert werden. Auch bei der Entwicklung dieser Spulen leisten die Physiker in Wien Pionierarbeit. Sie testen sie und geben den Herstellern Feedback. Die Spulen für Kopf und Knie gewährleisten bereits störungsfreie Bilder, "eine Ganzkörperspule wäre das Endziel, davon sind wir aber noch weit entfernt", sagt Gruber.

Richtiggehend Neuland betreten die Wissenschafter mit den 7-Tesla-Bildern aus dem Gehirn. Der Neuropathologe Hans Lassmann ist den Ursachen der Multiplen Sklerose (MS) auf der Spur und will verstehen, warum die entzündliche Erkrankung der Nerven, die vom Gehirn ausgeht, so unterschiedliche Verläufe nehmen kann - manche Menschen leben relativ unbeeinträchtigt mit der Erkrankung, andere sind in kurzer Zeit schwer behindert.

"Revolutionär ist, dass man die Stoffwechselveränderungen im Gehirn am 7-Tesla sehen kann", sagt Lassmann. Seine Hypothese: Bei Entzündungen im Gehirn entsteht als Stoffwechselprodukt Eisen, und dieses schädigt Mitochondrien. Je mehr Eisen, umso schwerer der Krankheitsverlauf, glaubt Lassmann und kann diese Theorie am Hochfeld-MR durch die auf Bildern dargestellte Eisenkonzentration überprüfen. "Je höher der Eisengehalt, umso stärker die Entzündung und umso intensiver muss therapiert werden", skizziert Lassmann ein mögliches Resultat seiner Forschung.

Auch die Neurochirurgen haben großes Interesse an den hochauflösenden Bildern, um Patienten mit Gehirntumoren besser operieren zu können. Auf bisherigen MR-Bildern konnten nur die anatomischen Grenzen des Tumors sichtbar gemacht werden. Ob sich jedoch rund um den Tumor eventuell noch einzelne Krebszellen befinden, war nicht ersichtlich. Weil Krebszellen jedoch bestimmte Stoffwechselprodukte ausscheiden und diese am 7-Tesla detektiert werden, könnten Chirurgen diese bei zukünftigen Operationen ebenfalls entfernen. "Als Operationsvorbereitung lassen sich auch wichtige Zentren im Gehirn wie etwa das Sprach- oder Bewegungszentrum genau lokalisieren, was für die Vermeidung von Folgeschäden enorm wichtig ist", erklärt Projektleiter Trattnig. "Wir wissen zwar seit langem, wo etwa das Bewegungszentrum im Gehirn ist, aber es gibt offensichtlich von Mensch zu Mensch geringfügige Abweichungen. Insofern bringt diese Untersuchung für Patienten, die operiert werden sollen, wertvolle Erkenntnisse, die Lebensqualität erhalten", präzisiert Lassmann.

Therapiekontrolle

Trattnig selbst ist Pionier in der biochemischen Bildgebung des Knorpels und der Bandscheibe. "Bei Knietransplantaten können wir am 7-Tesla-MR überprüfen, ob ein transplantierter Knorpel angewachsen ist oder nicht", erklärt er, in diesem Fall sind die auf den Bildern dargestellten und im MR aktivierten Natriumkerne ein diagnostischer Schlüssel. "Wir wollen ein Referenzzentrum für klinisch-orientierte Forschung sein", sagt Trattnig, der eng mit der Herstellerfirma Siemens und den Spulenproduzenten kooperiert.

In Kürze wird Physiker Gruber die erste 7-Tesla-Multikernspule für den Brustkorb testen. Damit sollen Brustkrebspatientinnen ohne jeden chirurgischen Eingriff sehr schnell erfahren können, wie bösartig eine Geschwulst ist - je nachdem, welches Stoffwechselprodukt im Tumor in welcher Konzentration vorhanden ist und sichtbar gemacht wird. Zudem ist geplant, auch das Ansprechen von Brustkrebspatientinnen auf bestimmte Medikamente zu kontrollieren, "allerdings ist das noch Zukunftsmusik", sagt Gruber, der jedoch aus Erfahrung weiß, wie schnell Fortschritt gehen kann. "Noch vor fünf Jahren hätte ich nicht gedacht, dass 7-Tesla-Technologie im klinischen Bereich so schnell möglich ist", sagt er. Trattnig hofft, mit einzelnen Anwendungen in den nächsten Jahren in den Routinebetrieb zu gehen. (Karin Pollack, DER STANDARD, Print-Ausgabe, 23. Juni 2010)


Wissen: Aktivieren, messen, darstellen

Wenn Mediziner genau wissen wollen, was im Körper vor sich geht, liefern Untersuchungen am Magnetresonanztomografen (MR) im Vergleich zu Bildgebung an Röntgen und Computertomografie die detailgenauesten Bilder.
Standard an Kliniken sind 3-Tesla-MR-Geräte, in kleineren Arztpraxen sind noch 1,5-Tesla-MRs im Einsatz. Die Methode: Mit starken Magnetfeldern und elektromagnetischen Wechselfeldern können Atome im Körper aktiviert und so in Bildern sichtbar gemacht werden. Um anatomische, funktionelle und metabolische Bilder zu erzeugen, gibt es verschiedene Messmethoden.
Echo-Planar-Imaging
(EPI) zur Erfassung dynamischer Vorgänge im Gehirn.
Multikern-Spektroskopie
(MRS) macht Stoffwechselvorgänge sichtbar zum Beispiel bei Diabetes oder Tumorkontrolle.
Spektroskopische Bildgebung
(MRSI) zeigt die räumliche Verteilung von Stoffwechselprodukten.
Gradientenecho
(dGemeric) und Relaxationszeit (T2) und Natriumbildgebung messen Proteoglykane, die für die biomechanischen Eigenschaften wesentlich sind.

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