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25.05.2008

Dreidimensionaler Blick in die Lunge

Mainzer Forscher haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich auch im Magnetresonanz-Tomographen dreidimensionale Bilder der Lunge anfertigen lassen. Das erspart den Patienten die bei Röntgen oder Computertomographie anfallende Strahlenbelastung.

Die Lunge mittels Magnetresonanz-Tomographie (MRT) darzustellen, war bisher ein Problem. Denn mit einer normalen MRT lassen sich nur Aufnahmen von Organen anfertigen, die Wasserstoff enthalten. Die Lunge ist aber vor allem mit Luft gefüllt und enthält wie ein Schwamm nur wenig wasserstoffhaltiges Gewebe. Ihr Signal ist daher zu schwach für ein MRT-Bild. Andere Bild gebende Methoden wie Röntgen oder Computer-Tomographie (CT) setzen den Patienten allerdings einer Strahlenbelastung aus, die man ihnen wenn möglich ersparen sollte. Nun haben Physiker um Werner Heil und Ernst Otten an der Universität Mainz ein Kontrastgas entwickelt, mit dem es möglich ist, die Lunge eines Patienten dreidimensional im MRT abzubilden – also ohne ihn zum Röntgen oder in die CT schicken zu müssen. Allerdings kann diese Methode, für die polarisiertes Helium-3-GasHelium-3-Gas
Helium-3 ist ein relativ seltenes Gas, das in der Natur nicht vorkommt und als Abfallprodukt in der Kernwaffenproduktion gewonnen wird. Im Vergleich zur herkömmlichen Variante des Edelgases hat es ein Neutron weniger im Atomkern. 
verwendet wird, bisher nur in der Forschung eingesetzt werden. „Die Technik ist gelöst, die Umsetzung auf dem Markt aber noch nicht“, erklärt Heil und hofft nun auf eine Firma, die der Technik zur Marktreife verhelfen kann, so dass sie künftig zur Untersuchung von Patienten zur Verfügung steht. „Ich habe unterschätzt, wie lange ein Zulassungsverfahren in der Medizin dauern kann.“

Wer Heil’s Labor betritt, sollte eine Schutzbrille aufziehen - wegen der Laserstrahlen. Die summende Maschine, an der Heil und seine Kollegen in den vergangenen zehn Jahren gearbeitet haben, steht hinter einem schwarzen Vorhang. Sie ist etwa fünf Meter lang, fast zwei Meter hoch, umgeben von sieben großformatigen Magnetspulen mit Kupferdrähten, die dem Apparat ein röhrenartiges Aussehen verleihen. „Mit Laserlicht stellen wir hier polarisiertes Helium-3 - eine spezielle Form des Edelgases Helium - für den weltweiten Versand her“, erläutert Heil. „Dabei ordnen sich die Atome wie bei einem Magneten in die gleiche Richtung.“ Für eine Untersuchung im Magnetresonanz-Tomographen atmet der Patient das für den Menschen ungefährliche Gas ein. Der Tomograph erkennt die Magnetisierung des Gases und kann - da das Signal der Lunge durch das polarisierte Helium etwa 100.000-fach verstärkt wird - ein dreidimensionales Bild erzeugen. „Das Verfahren eignet sich für alle Lungenkrankheiten“, berichtet Heil. Beispielsweise lasse sich bei einem Asthmatiker genau aufzeigen, in welchen Bereich der erkrankten Lunge kein Gas einströmt. Damit können die Ärzte gezielter behandeln.

„Da das Helium beim Ausatmen wieder aus dem Körper strömt, mussten die Probanden bei unseren ersten Versuchen in der Radiologie in Mainz noch bis zu einer Minute die Luft anhalten, damit wir ein Bild machen konnten“, erzählt Heil. „Inzwischen kann das Gerät die nötigen Aufnahmen innerhalb eines Atemzugs anfertigen, wobei der Patient in der Röhre des MRT nicht einmal spürt, wann ihm über die Atemmaske das Gas zugeführt wird. Damit das seltene Gas beim Ausatmen nicht verloren geht, haben wir auch ein Recyclingverfahren entwickelt, bei dem wir bis zu 95 Prozent des Gases wiedergewinnen können.“ Um das polarisierte Helium-3 speichern und verschicken zu können, wird es von einem Kompressor in einen Kolben aus Spezialglas gequetscht, der dann in so genannte Spinkoffer gepackt wird. Damit das Helium-3 auch unterwegs polarisiert bleibt, wurde in die zylindrischen Behälter ein Magnetfeld eingebaut. In dieser aufbereiteten Form ist das Gas mehr als 100 Stunden haltbar. So kann es in Boxen vom Kurierdienst abgeholt und dann mit dem Flugzeug verschickt werden – zum Beispiel nach Kopenhagen, Schweden, England, Australien und die USA, wo es zu Forschungszwecken eingesetzt wird.