Bildgebung: Durchblick bis ins kleinste Detail (3. Teil)

von Wiebke Heiss / MEDICA.de15.10.2008

3. Teil: Der Blick in und vor den Kopf - fMRT und Portrait-Holographie


Ein großer Meilenstein in der medizinischen Bildgebung ist Magnetfeldern zu verdanken. Bei der Magnetresonanz-Tomographie (MRT) wirkt ein sehr starkes Magnetfeld auf den Menschen ein, das die Atomkerne im Menschen von einem energiearmen in einen energiereichen Zustand befördert. Schaltet man das Magnetfeld aus, fallen die Atomkerne wieder in den energiearmen Zustand zurück und senden dabei Signale aus, die durch hochempfindliche Antennen gemessen werden. Ein Computer berechnet aus den Signalen ein Schnittbild durch den Körper.

Die MRT eignet sich besonders gut, um 3D-Aufnahmen von Geweben wie Weichteile, Organe, Gelenkknorpel, Meniskus, Bandscheiben, Gehirn und auch das Herz zu machen – anders als beim CT, das sich besser für die Abbildung von knöchernen Strukturen eignet. Eine Weiterentwicklung dieser Methode ist die funktionelle MRT, die Stoffwechselvorgänge im Gehirn sichtbar machen – und so indirekt menschliche Gedanken preisgeben.

Eine Tasse Kaffee kann die Ergebnisse verfälschen

„Die funktionelle MRT ist ein gigantischer Sprung für die klinischen Neurowissenschaften“, sagt Professor Christoph Stippich, geschäftsführender Oberarzt der Abteilung Neuroradiologie an der Universität Heidelberg. „In Deutschland wird sie als echte klinische Applikation bisher nur im Bereich der Diagnostik vor Operationen an Hirntumoren eingesetzt.“ Zum Beispiel, um zu bestimmen wie ein Tumor möglichst schonend und funktionserhaltend aus dem Gehirn heraus operiert werden kann. „Eine fMRT hilft dem Chirurg dabei zu entscheiden, wie risikoreich der Eingriff sein wird, so dass man vielleicht nur einen Teil des Tumors entnimmt und den verbleibenden Rest zum Beispiel besser bestrahlt.“

In der Forschung haben sich durch neurofunktionelle Bildgebungsverfahren ganz neue Fenster eröffnet, dem Gehirn bei der Arbeit zuzuschauen. Stippich arbeitet in einem Projekt mit Orthopäden zusammen, um herauszufinden, wie sich nach einem Unfall bei Querschnittsgelähmten das Gehirn umstrukturiert. „In Zukunft wird die fMRT dabei helfen, die Reorganisation des Gehirns zu beobachten“, so der Neuroradiologe. „Wie reagiert es beispielsweise nach einem Schlaganfall auf Therapien in der Rehabilitation? Man könnte mit der fMRT Kandidaten ausfindig machen, bei denen bestimmte Therapien am Besten wirken.“ In Zukunft könnten Fragen beantwortet werden, wie das Gehirn auf eine Schädigung reagiert, wie es sich erholt und welche Therapie zu welchem Zeitpunkt am sinnvollsten ist.

Es gibt allerdings auch Limitationen: Da die Hirnfunktion indirekt gemessen wird und das nicht ganz mit der neuronalen Aktivität übereinstimmt, kann schon eine Tasse Kaffee die Ergebnisse verfälschen, da Koffein die Durchblutung beeinflusst. „Die fMRT ist kein perfektes Verfahren, aber in der Kombination mit verschiedenen anderen Verfahren wie der PET oder einem EEG gibt es ein umfassendes Bild über verschiedene Funktionen des Gehirns.“

Mit der Portrait-Holografie wird auch die kleinste Pore abgebildet

Ähnliches gilt für eine Technologie, deren Produkte uns Tag für Tag auf 50-Euro-Scheinen und Kreditkarten begegnen - den Hologrammen. Kaum eine andere bildgebende Methode wird so mit mysteriösen Zukunftsvisionen assoziiert wie die Holografie. Dabei sind die 3D-Abbildungen letztendlich nichts anderes als spezielle Fotos - dazu noch welche, die immer gelingen - mit einem tragbaren Gerät, das von Peter Hering entwickelt wurde. "Durch die extrem kurze Aufnahmezeit von nur 35 Nanosekunden mit einem kurzgepulsten Laser, kann bei der Aufnahme gar nichts verwackeln", erklärt der geschäftsführende Direktor des Institutes für Lasermedizin an der Universität Düsseldorf. Der Professor ist auf Portrait-Holografie spezialisiert und stellt Hologramme von Köpfen her, die so detailgetreu sind, dass sogar Bartstoppeln und einzelne Poren zu erkennen sind - und das in 3D.

Dafür braucht man einen speziellen Laser, einen Strahlenteiler, der das intensive Licht in zwei Teile spaltet und Spiegel, die die beiden Strahlen umlenken. Wenn dann die Lichtstrahlen gleichzeitig auf das hochauflösende lichtempfindliche Aufnahmematerial treffen, überlagern sich dort die kohärenten Strahlen und ergeben ein so genanntes Interferenzmuster - das Master-Hologramm, in dem alle Informationen über das holografierte Objekt gespeichert sind. In einem weiteren Schritt wird das reelle 3D-Objekt digitalisiert. Daraus lassen sich anschließend 3D-Datensätze mit Textur erstellen.

"In der Kombination mit anderen 3D-Verfahren wie der CT und MRT können Hologramme Beträchtliches leisten", sagt Hering. Der Physiker arbeitet zurzeit an einem Projekt, das Forensikern eines Tages helfen könnte, Tote zu identifizieren. "Wir stellten von zwölf kaukasischen Männern und zwölf kaukasischen Frauen zwischen 20 und 25 Jahren Schädel-CTs und Portrait-Hologramme her und werteten die Daten dann aus, so dass wir die Weichteildicken im Gesicht bestimmen können." Wird also in Zukunft ein Schädel gefunden, könnten die standardisierten Daten aus dem Projekt helfen, eine realitätsnahe Rekonstruktion des verstorbenen Menschen herzustellen und seine Identität zu lüften. "Diese Thematik ist immer noch relevant für die Tsunami-Opfer auf Phuket. Es gibt immer noch 4.000 unidentifizierte Personen", so Hering.

Amerikanische Soldaten sollen gescreent werden

Mit einem Hologramm gibt es
nicht nur 3D, sondern auch
Textur - bis in die Poren
© Prof Peter Hering

Auch die US-Armee interessiert sich für Herings Arbeit. Als man den Physiker zu dem Workshop “The Virtual Face“ ins US- Verteidigungs- ministerium einlud, wusste er erst nicht, worum es gehen sollte. Man plant dort, von Soldaten, die in den Krieg ziehen, einen vollständigen medizinischen Datensatz zu kreieren. „Mit einem hoch auflösenden CT und MRT wird das Innere gespeichert, mit der Holografie soll ein exaktes Oberflächenbild des Gesichtes mit Mimik gemacht werden", erzählt Hering. Der Grund: Passiert in ferner Zukunft dem Soldaten im Einsatz etwas, könnte man ihn nach seiner Heimkehr mit der Hilfe von Zukunftstechnologien wie Tissue Engineering oder Nerve Engineering wieder so herstellen, wie er einmal war. "Das klingt wie eine Utopie und es ist sicherlich schwieriger zu realisieren als der Flug auf den Mond, aber es ist eine gute Idee", sagt Hering. Und denkt dabei daran, dass durch diese Forschung zivile Anwendungen profitieren können, um Tumorpatienten oder Unfallopfern zu helfen.

Wiebke Heiss
MEDICA.de

- 1. Teil: Durchblick bis ins kleinste Detail
- 2. Teil: Von schädlichen und nicht schädlichen Strahlen
- 3. Teil: Der Blick in und vor den Kopf - fMRT und Portrait-Holographie