Bildstörungen im Tomographen ausschließen

Neue Materialkombinationen werden Magnetresonanz-Bildgebung verbessern
Die Magnetresonanztomographie hat für Patienten und medizinisches Personal den großen Vorteil, dass sie ohne radioaktive Strahlen auskommt. Ihr starkes Magnetfeld erfordert aber eine völlig neue Generation von Instrumenten und Implantaten, da herkömmliche Werkstoffe aus Metall das Magnetfeld und somit die Bildgebung stören. Dr. Bernd Müller-Bierl in der Sektion für Experimentelle Radiologie, Abteilung für Radiologische Diagnostik der Universitätsklinik Tübingen hat daher ein Computermodell entwickelt, mit dem die magnetische Feldverteilung an beliebigen metallischen Objekten berechnet wird. Diese bildet sich z. B. auch beim Einbringen von Instrumenten und Implantaten in das Magnetfeld des Tomografen. Mithilfe des Modells ist es möglich, neue Materialkombinationen vorab am Computer auf ihr magnetisches Verhalten zu testen, bevor kostspielige Prototypen angefertigt werden. So sollen optimierte Instrumente und Implantate entstehen, die keine oder nachvollziehbare Bildstörungen im Magnetresonanztomographen verursachen. Das Team in der Sektion von Prof. Dr. Dr. Fritz Schick wird in den kommenden drei Jahren mit rund 200.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Magnetresonanztomographen (MRT) arbeiten heute mit Magnetfeldern, die bis zu 100.000fach stärker sind als das natürliche Magnetfeld der Erde. Um das Innere eines Patienten fehlerfrei abzubilden, sollte das künstliche Magnetfeld des Tomographen möglichst homogen sein. Instrumente, die im MRT Verwendung finden, wie Biopsienadeln oder Pinzetten, sind heute vorwiegend aus bioverträglichem Titan gefertigt, welches nur leicht magnetisierbar ist. Trotzdem führt Titan im MRT zu Bildstörungen, weil es lokal das homogene Magnetfeld stört. Neben dem verwendeten Material wirkt sich die Geometrie eines Instruments oder Implantats auf die lokale Magnetfeldverzerrung aus. Das Tübinger Team um Prof. Dr. Dr. Fritz Schick hat ein Computermodell entwickelt, mit dem diese Feldverzerrung von beliebig geformten Objekten im MRT berechnet werden kann. Dabei berücksichtigt das Modell die magnetischen sowie die geometrischen Eigenschaften des Objekts und wie sich diese auf das Magnetfeld des Tomographen auswirken.

"Es stellt sich nun die Frage", erklärt Projektleiter Dr. Müller-Bierl, "ob sich die magnetfeldverstärkenden Eigenschaften des Titans durch ein anderes, bekanntes Metall kompensieren lassen. Das Metall Bismut zum Beispiel schwächt ein Magnetfeld ab. Wir konnten einerseits mit unserem Computermodell und andererseits mit einem Test im MRT belegen, dass mit Bismut beschichtete Titandrähte einen geringer verzerrenden Einfluss auf das lokale Magnetfeld haben."

Nun wollen die Forscher in den kommenden drei Jahren am Beispiel von konkreten Instrumenten und Implantaten zeigen, wie eine Verbindung dieser beiden Werkstoffe aussehen muss, um MRT-tauglich zu sein. "Dabei dürfen die Bioverträglichkeit, mechanische Belastbarkeit und die physikalischen Eigenschaften natürlich nicht außer Acht gelassen werden", betont Dr. Müller-Bierl. Mit Hilfe des Computermodells werden zunächst die Geometrien einer Biopsienadel, eines Clips zum Verschluss von Blutgefäßen und einer Gefäßprothese im Hinblick auf ihre feldverzerrenden Eigenschaften studiert. Dabei erfasst das Modell, wie sich durch geschickte Kombinationen von Titan und Bismut eine Störung des Magnetfelds unterdrücken lässt.

Auf der Basis der errechneten Ergebnisse werden erste Prototypen im Anschluss durch einen industriellen Partner hergestellt. Sollten sich die neuen, am Computer entworfenen, Instrumente und Implantate als MRT-tauglich erweisen, so schließen sich Studien zur Bioverträglichkeit an. Die neuen Instrumente werden im MRT präziser einsetzbar und Implantate werden in der Bildgebung genauer kontrollierbar sein. Dabei verringern sich die Entwicklungskosten für neue MRTtaugliche Instrumente und Implantate erheblich, da ein Großteil des Designs am Computer erfolgen kann.

Biopsienadel in wässriger Umgebung (Umgebung mit natürlichen Gewebeeigenschaften (links) und Kernspinaufnahme (rechts). Die Nadel erscheint im Kernspinbild stark verbreitert; die Position ihrer Spitze ist für den Arzt nur zu schätzen.

Ansprechpartner:
Dr. Bernd Müller-Bierl , Sektion für Experimentelle Radiologie,
Abteilung für Radiologische Diagnostik, Hoppe-Seyler Str. 3, 72076 Tübingen,
Tel.: 07071/29 87721, Fax: 07071/29 5392,
E-Mail: bernd.mueller-bierl@med.uni-tuebingen.de