Leiter des Magnetresonanzzentrums

Öffnet einen internen Link im aktuellen FensterProf. Dr. Klaus Scheffler
klaus.scheffler[at]tuebingen.mpg.de

 

Sekretärin: Tina Schröder
Tel: 07071 601-701
Fax: 07071 601-702
Öffnet ein Fenster zum Versenden einer E-Mailtina.schroeder[at]tuebingen.mpg.de
 

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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.
 
 

Arbeitsgruppen der Abteilung

Ultra-Hochfeld Magnetresonanztomographie

Ultra-Hochfeld Magnetresonanztomographie

MR signal formation in cortical vessel networks

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]

 

 

Brain imaging at 9.4T or 14.1T opens the possibility to resolve structures far below the thickness of 2-3 mm of the human neurocortex. In most areas the cortical sheet is divided into six cortical layers with a generic pattern of long-range feed-forward connections to higher-order brain regions and feedback connections to lower-order cortical and subcortical regions. Some cortical regions, are organized as cylinder-like cortical columns perpendicular to the cortical surface of cell bands with similar somatotopic response properties. Opens internal link in current window[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. Dadurch sollen feine mikrostrukturelle Veränderungen, die durch pathophysiologische Prozesse im Gewebe entstehen, enthüllt werden. Dieses Ziel wird erarbeitet, indem technologisch hochentwickelte und maßgeschneiderte Ansätze mit neuesten Ergebnissen der klinischen Wissenschaft gekoppelt werden. Durch den Einsatz quantitativer MR-Methoden soll die Komplexität anatomischer, funktioneller und neurochemischer Signale beschrieben werden, um neue medizinische Anwendungen zu ermöglichen. Öffnet einen internen Link im aktuellen Fenstermehr

Niederfeld Magnetresonanztomographie
Neuropsychiatric Imaging


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]

The Research Group on Neuropsychiatric Imaging focuses on high-field MR imaging of diagnostic and prognostic features in psychiatry. Our main aim is to understand the susceptibility for (ongoing) psychiatric illnesses and our focus is on cognitive-emotional integration, resting state functional MRI and Magnetic Resonance Spectroscopy.  Opens internal link in current window [more]

Neuroinformatics
DFG Reinhart Koselleck Project


The aim of this project is to develop new mathematical methods for the analysis of both standard fMRI data (3 Tesla) as well as ultra-high field fMRI data (>=7 Tesla). We aim to harvest as much of the information content of fMRI as possible in order to advance our understanding of human brain function. Specifically, our work has focused on the development of novel techniques for statistical inference and for the detection of functional brain networks. Furthermore, we are currently developing machine learning techniques using deep neural nets, both considering the preprocessing and analysis of fMRI data. Opens internal link in current window [more]

TrueBOLD addresses the detection of neuronal activity in humans with magnetic resonance imaging based on the TrueFISP or balanced SSFP acquisition scheme at very high fields. Traditionally, blood oxygenation changes are detected with T2*-weighted echo planar sequences (EPI) that are sensitive to the static dephasing around small and larger vessels filled with deoxygenated blood. EPI is not specific to a certain type of vessel architecture or size, it sometimes shows blurring and blooming around larger vessels, it shows significant spatial distortions and thus severe challenges in precise co-registration to submillimeter anatomical scans.Opens internal link in current window [more]
Last updated: Montag, 09.04.2018