Neue Resonatoren verbessern MRT-Leistung
Innovative Röhrchen für Magnetresonanztomografen bestehen aus Kunststoff und Kupfer
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Resonatoren, die das Bild aus der "Röhre" verbessern (Foto: Jackie Ricciardi) |
Boston (pte019/12.06.2019/11:30) Eine Matte aus zahlreichen nebeneinander angeordneten, ringförmigen Resonatoren verwandeln einen mittelstarken Magnetresonanztomografen (MRT) in eine Supermaschine. Das Kunststück ist Xin Zhang, Stephan Anderson und ihrem Team vom Photonic-Center der Boston University http://bu.edu gelungen. Die Röhrchen bestehen aus Kunststoff und Kupfer. Diese Materialien sind so miteinander verbunden, dass es dafür kein Vorbild in der Natur gibt. Es handelt sich folglich um ein Metamaterial mit magnetischen Eigenschaften.
Radiosignale stören Ordnung
MRT werden vor allem im medizinischen Bereich genutzt, um Bilder vom Inneren des Körpers zu erzeugen. Das Verfahren ist auch für die Industrie interessant, etwa, um das Innere von Werkstoffen sichtbar zu machen. Der Tomograf erzeugt ein starkes Magnetfeld, beispielsweise 1,5 Tesla. Das ist das 30.000-Fache des Erdmagnetfelds. Das Magnetfeld richtet Wasserstoffatome so aus, dass sie alle in eine Richtung zeigen. Diese schöne Ordnung stört ein kurzes Radiosignal. Danach kehren die Wasserstoffatome zur alten Ordnung zurück. Dabei senden sie ihrerseits Signale aus, die von Sensoren registriert werden. Aus einer Vielzahl solcher Signale errechnet ein Computer dann ein Bild.
Damit eine hohe Auflösung erreicht wird und aussagekräftig ist, dauert die Aufnahme bis zu eine Stunde lang. Der neuartige Resonator halbiert die Zeit, die zur Erstellung von Bildern mit der gleichen Auflösung benötigt wird. Er wirkt gewissermaßen wie ein Signalverstärker. Das erleichtert es nicht nur den Patienten, es senkt auch die Kosten für den Betrieb der teuren Geräte. Den gleichen Effekt kann man auch mit MRT erreichen, die stärkere Magnetfelder erzeugen. Doch diese sind weitaus teurer. Umgekehrt können MRT mit weit kleineren Magnetfeldern gebaut werden, um in der Industrie eingesetzt zu werden. Das kann den Anwendungsbereich dieser Technologie stark erweitern.
Kunststoffstruktur aus 3D-Drucker
Die Resonatoren in der Matte sind drei Zentimeter hoch. Die Kunststoffstruktur wird per 3D-Druck hergestellt. Dazu kommt feiner Kupferdraht. Die Matten sind flexibel, sodass sie sich an die Körperteile anschmiegen, die per MRT untersucht werden, etwa an Knie oder Bauch. Die Resonatoren treten in eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld. Das verbessert die Signalstärke und damit die Auflösung des Bildes. "Viele Menschen sind erstaunt über die Einfachheit der Innovation. Dabei ist es kein Wundermaterial. Die Magie liegt im Design und in der Idee", so Zhang.
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