Wie die FLASH-Technologie von Jens Frahm die MRT revolutioniert hat

Die Magnetresonanztomografie, kurz MRT, ist eine der maßgeblichen Technologien, die es ermöglicht, ohne schädigende Röntgenstrahlung in das Innere des Menschen zu blicken. Um aussagekräftiges Bildmaterial mit hoher räumlicher Auflösung zu erhalten, müssen viele Daten aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen werden. Als die MRT noch in den Kinderschuhen steckte, bedeutete dies für die Patientinnen und Patienten: lange Messzeiten, langes Stillliegen, ohne garantierte Aussicht auf klare Bilder.

Dass die Bildgebung der MRT heute je nach Anwendung nur noch wenige Sekunden bis Minuten dauert, ist der sogenannten FLASH-Technologie zu verdanken. Mit dem Fast Low-Angle Shot gelang dem Physiker Jens Frahm und seinem Team am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie 1985 der Durchbruch in der MRT-Forschung. Durch ihre Arbeit konnten scharfe Bilder mit hoher Qualität erstellt und gleichzeitig die Aufnahmezeit drastisch verkürzt werden. Die FLASH-Technologie brachte die MRT in die Praxis und ist aus Krankenhäusern, Facharztpraxen und Radiologie-Zentren seitdem nicht mehr wegzudenken. Heute ermöglichen die weltweit verbreiteten Geräte rund 100 Millionen Untersuchungen pro Jahr.

Wie funktioniert die MRT?

Der Mensch besteht zu etwa 70 Prozent aus Wasser. Wasserstoff ist also das mit Abstand am häufigsten vorkommende Atom in unserem Körper. Der Wasserstoffkern besteht aus einem positiv geladen Atomkern mit einem einzigen Proton. Wenn dieses Proton mit einem Magnetfeld in Kontakt kommt, verhält es sich selbst wie ein winziger Magnet und richtet sich entlang der Magnetfeldlinien aus – es entsteht ein Gleichgewicht. Grund dafür ist der Kernspin des Protons. Das Magnetfeld eines MRT-Gerätes ist stark genug, um die Protonen im Inneren des Menschen wie kleine Kompassnadeln auszurichten.

Die eigentliche MRT-Messung erfolgt mithilfe einer UKW-Antenne. Sie schickt einen kurzen Radiofrequenzpuls in den Körper, der die Protonen für einen kurzen Moment aus ihrer Gleichgewichtslage herauskippt, bevor sie im Anschluss wieder in diese zurückkehren. Dabei geben sie die aus dem Radiofrequenzpuls aufgenommene Energie an ihre Umgebung ab. Diese Abstrahlung einer Radiofrequenz wird mit der UKW-Antenne empfangen und als Signal für die Bildgebung genutzt.

Die Kontraste in den MRT-Bildern entstehen unter anderem dadurch, dass die verschiedenen Gewebestrukturen im Körperinneren eine jeweils unterschiedlich hohe Konzentration von Wasserstoff aufweisen. Muskelgewebe enthält zum Beispiel einen deutlich höheren Wasseranteil als Fettgewebe. Außerdem unterscheiden sich die in den einzelnen Geweben die Geschwindigkeiten, mit der die Kernspins in die jeweilige Gleichgewichtslage zurückkehren. Mithilfe der MRT können diese Unterschiede als Hell-Dunkel-Kontrast gemessen und in Bilddaten übersetzt werden, sodass sich Muskelmasse und Fettgewebe auf der finalen Aufnahme klar voneinander abgrenzen.

Die FLASH-Technologie

Um ein aussagekräftiges Bild aufzubauen, waren früher viele Einzelaufnahmen und zwei Radioimpulse pro Messung nötig. Die Wasserstoffprotonen der Patientinnen und Patienten mussten für jede Aufnahme neu ausgerichtet werden und sich anschließend in ihren Ausgangszustand zurückbewegen. Lange Wartezeiten je Aufnahme waren die Folge. Jens Frahm und seinem Team gelang es, eine Messung mit nur einem Radiofrequenzimpuls durchzuführen. Unter Anwendung der FLASH-Technik werden die Protonen nicht vollständig, sondern nur ein wenig aus der vom Magnetfeld erzeugten Gleichgewichtslage gekippt, sodass ein großer Anteil des Signals übrig bleibt und unmittelbar im Anschluss für die nächste Messung genutzt werden kann. Damit sind keine Pausen zur Signalerholung mehr nötig. Auf diese Weise können saubere und scharfe Bilder in einem Hundertstel der ursprünglichen Aufnahmezeit erstellt werden. Ein Meilenstein für die bildgebende Diagnostik.

Seit 2010 ermöglicht die Weiterentwicklung der Technologie, FLASH-2 genannt, sogar die Erstellung von MRT-Filmen. Herz, Gefäße, Gelenke, Schluck- und Sprechvorgänge können nun in Echtzeit beobachtet werden – mit bis zu 100 Bildern pro Sekunde. FLASH-2 eröffnet der Medizin neue Möglichkeiten, um zum Beispiel Herzfilme ohne Atemanhalten und Synchronisation mit dem Elektrokardiogramm aufzunehmen oder in Zukunft minimalinvasive Eingriffe zu begleiten, die bisher unter Röntgenkontrolle durchgeführt werden. Die Nutzung dieser Technik für den routinemäßigen Einsatz wird gegenwärtig an verschiedenen Universitäten in Deutschland, Frankreich, Großbritannien und den USA erprobt.

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