Hochfeld-Magnetresonanz - Denken sichtbar machen

Die Methoden der Magnetresonanztomografie (MRT) sind heute aus der medizinischen Diagnostik nicht mehr weg zu denken. So steht neben der klassischen Bildgebung zur Darstellung anatomischer Strukturen heute insbesondere die funktionelle Kernspintomografie (fMRT) zur Verfügung. Damit ist es möglich, dem Gehirn quasi beim Arbeiten zu zusehen. Dies hat in den letzten beiden Jahrzehnten maßgeblich zum Fortschritt der kognitiven Neurowissenschaften am Menschen beigetragen. Der besondere Vorteil der MRT ist, dass die Experimente im Gegensatz zur Röntgendiagnostik, Computertomografie (CT) oder Positronen-Emissions-Tomografie (PET) ohne gesundheitliche Belastung der untersuchten Personen durchgeführt werden können. Insbesondere bei dem sehr hohen Feld von 9.4T sind dabei auch hervorragende Aufnahmen von Weichteilen des biologischen Organismus möglich, womit erstmals die Erforschung der menschlichen Gehirnvorgänge nicht-invasiv mit guter räumlicher Auflösung möglich ist.

Neben der funktionellen Kernspintomografie, die Nervenzellaktivität indirekt über Änderungen des Blutflusses und der Blutoxygenierung erfasst, kann die Magnetresonanz auch genutzt werden, um neurochemische und neurobiologische Vorgänge im Gehirn direkt abzubilden. Für diese Magnetresonanzmethoden ist jedoch eine höhere als in der Klinik übliche Magnetfeldstärke nötig. Um hier optimale Forschungsbedingungen zu schaffen, wurden zwei Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographiesysteme angeschafft - ein MR-System mit einer Feldstärke von 9,4 Tesla und einem nutzbaren Volumen von 60 cm Durchmesser für Untersuchungen am Menschen und ein 14,1 Tesla MR-System mit einem Durchmesser von 12 cm für Untersuchungen an Kleintieren. Neben den beiden großen Magneten steht zudem ein 3,0 Tesla MR-System zur Verfügung, welches für neurowissenschaftliche Anwendungen und Kooperationen genutzt wird.

Unser primäres Ziel ist die Entwicklung neuer Magnetresonanztechniken welche es ermöglichen sollen, die spezifische strukturelle und biochemische Zusammensetzung von lebendem Gewebe zu messen. Dies steht in engem Zusammenhang mit unserem Interesse, die Magnetresonanz-Signalentstehung im Gewebe oder Organ zu verstehen, denn die Kernmagnetisierung wird laufend durch unterschiedliche biochemische und mechanische Prozesse während ihrer Lebenszeit zwischen Anregung und Relaxation beeinflusst. Im Prinzip ist dies eine einfache, wenn auch vielleicht rechenintensive  Aufgabenstellung, da letztlich nur die winzigen Magnetfeldfluktuationen, welches die Wasserprotonen während ihrer Wanderung durch das Gewebe erfahren, in die entsprechenden Gleichungen eingebracht werden müssen. Ein bekanntes Beispiel ist die so genannte funktionelle Bildgebung oder fMRI: erhöhte neuronale Aktivität erhöht das beobachtet  Signal, und manchmal auch andersrum. Dieser BOLD-Effekt ist das Zugpferd in unzähligen neurowissenschaftlichen Studien, allerdings steht ein detailliertes Verständnis dieses Effekts auf einer mikroskopische oder mesoskopische Skala noch aus.
 
Schwerpunkte der Forschung mit diesen drei Systemen werden die Untersuchung der Nervenzellaktivität und deren Verknüpfungen untereinander, sowie die Neurochemie im Gehirn sein. Dabei werden auch neue Messmethoden entwickelt, die eine hochspezifische und quantitative Kartografierung der Aktivität und der bioenergetischen Vorgänge der Nervenzellen erlauben. Eine schnelle Aufnahmetechnik und bessere Bildqualität sind ebenfalls Teil der angestrebten Forschungsziele. Die starken Magnetfelder ermöglichen es auch spektroskopische MR-Methoden zu nutzen, um ein genaueres Bild von den chemischen Vorgängen im Gehirn, z.B. der Wirkweise der Neurotransmitter (u.a. GABA, Glutamat) zu bekommen. Hierbei kann nicht nur das Signal des am häufigsten in der MRT genutzten Kerns, des Wasserstoffkerns, genutzt werden, sondern auch auf andere MR-aktive, chemische Elemente, wie z.B. Kohlenstoff, Sauerstoff, Fluor, Natrium und Phosphor, zurückgegriffen werden. Derartige Untersuchungen sind bei Geräten mit kleinen Magnetfeldstärken aufgrund der vielfach geringeren Empfindlichkeit und Konzentration dieser Elemente im Vergleich zum Wasserstoffkern nur eingeschränkt möglich.

Zur Kontrastverstärkung und Verbesserung der Empfindlichkeit der MRT können spezielle Kontrastmittel eingesetzt werden. Ziel dabei ist zellspezifische Kontrastmittel zu entwickeln, die entweder in der Zielzelle aktiviert oder selektiv eingeschlossen werden. Diese neuen "intelligenten" Kontrastmittel können dann für strukturelle MR Untersuchungen, verbesserte Diagnostik (z.B. Detektion von Krebszellen) oder die Beobachtung von sich im Organismus bewegenden Zellen in vivo mittels MR-Bildgebung verwendet werden.
 
 

Forschungsgruppen der Abteilung



Ultra-Hochfeld Magnetresonanztomographie
Sequenzen und Signale

Die Ultrahochfeld-MR Gruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung von Technologien zum Einsatz in der Magnetresonanztomographie. Ein besonderer Schwerpunkt ist hier die MR-Bildgebung und –Spektroskopie in besonders hohen Magnetfeldern. Außerdem sollen das Potential und die charakteristischen Eigenschaften der Ultra-Hochfeld MR Tomographie untersucht werden. [more]

 

 

Unser primäres Ziel ist die Entwicklung neuer Magnetresonanztechniken welche es ermöglichen sollen, die spezifische strukturelle und biochemische Zusammensetzung von lebendem Gewebe zu messen. Dies steht in engem Zusammenhang mit unserem Interesse, die Magnetresonanz-Signalentstehung im Gewebe oder Organ zu verstehen, denn die Kernmagnetisierung wird laufend durch unterschiedliche biochemische und mechanische Prozesse während ihrer Lebenszeit zwischen Anregung und Relaxation beeinflusst.[more]
MRI RF Hardware
Klinische Studien bei Ultrahohe Magnetfeldstärken (UHF)  


The focus in the RF lab is to develop transmit arrays that provides control over the B1+ field for RF shimming and dynamic parallel transmission methods. The transmit arrays are combined with tight fitting receive arrays for increased receive sensitivity. Precise numerical simulation and safety evaluation are carried out to ensure safe in-vivo use. Travelling wave imaging and prospective motion correction using NMR field probes are being explored. Opens internal link in current window[more]

Wir untersuchen das Potenzial der UHF feine mikrostrukturelle Veränderungen die durch pathophysiologische Prozesse im Gewebe entstehen zu enthüllen. Dieses Ziel wird erarbeitet in den technologisch hochentwickelte und maßgeschneiderte Ansätze, mit den neuesten Ergebnissen der klinischen Wissenschaft gekoppelt werden. Durch den Einsatz quantitative MR Methoden möchten wir die Komplexität  anatomische, funktionelle und neurochemische Signale beschreiben und hierdurch neue medizinische Nutzfelder ermöglichen.Öffnet einen internen Link im aktuellen Fenster [more]

Niederfeld Magnetresonanztomographie

The Low Field MR group develops a NMR/MRI system where the detection coil is based on a Superconducting  Quantum Interference Device (SQUID). With this system MR experiments can be accomplished in the earth magnetic field up to the mT range. These field strengths are optimal for polarization transfer reactions between parahydrogen and a catalyst allowing hyperpolarization of the sample. The goal of the project is to test and optimize these hyperpolarized contrast agents up to the point where in vivo studies become feasible. Öffnet einen internen Link im aktuellen Fenster[more]

Ehemalige Forschungsgruppen der Abteilung

Novel Contrasts Agents for MRI
Multimodal Imaging using TMS and (f)MRI


Die Magnet-Resonanz Tomographie (MRI) bietet die Möglichkeit nicht-invasiv, dass heißt ohne (Zer)störung des untersuchten Gewebes, Strukturen und Funktionen im  lebenden Organismus darzustellen. Heutzutage werden hierfür Kontrast-mittel eingesetzt, die den Kontrast in den MR Bildern erhöhen und so die Darstellung von Regionen, Geweben oder Zellen verbessern, die magnetisch gleich, aber histologisch unterschiedlich sind. Opens internal link in current window [more]                                                                                       

The methodological focus of our group is on the on- and offline combination of transcranial magnetic stimulation (TMS) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In addition, we use high-resolution finite-element calculations to characterize the electric field induced by transcranial brain stimulation. Opens internal link in current window[more]                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

Last updated: Sonntag, 08.02.2015