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Brillante Bildgebung: Diamanten verbessern MRT-Verfahren

Es klingt widersprüchlich, aber Diamanten könnten der Schlüssel zu einer kostengünstigen Alternative zur Magnetresonanztomografie (MRT) sein. Dafür nutzen Forscher winzige Defekte aus, um die Empfindlichkeit der Geräte zu erhöhen und gleichzeitig den teuren Magneten zu eliminieren.

Mikroskopische Aufnahmen von Diamantpartikeln mit Stickstofflücken Bildquelle: © Berkeley Lab, UC Berkeley

Mikroskopische Aufnahmen von Diamantpartikeln mit Stickstofflücken

MRT-Geräte werden unter anderem eingesetzt, um krebsartige Tumore zu lokalisieren und bei der Entwicklung von Behandlungsplänen zu helfen. Die Röhren sind von riesigen Magneten umgeben, die die Kerne von Wasserstoffatomen im menschlichen Körper zum Schwingen bringen. Sensoren nehmen diese wahr und ein Computer errechnet aus den Daten ein Schnittbild, auf dem dann Struktur und Funktion von Körpergeweben zu erkennen sind.

Ein großer Nachteil sind die Kosten – sowohl bei der Anschaffung als auch während des Betriebs. Im Vergleich zu anderen Verfahren treten häufiger Artefakte auf und die Auflösung der Bilder ist auf etwa einen Millimeter begrenzt. Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Lawrence Berkeley National Laboratory des Department of Energy (Berkeley Lab) und der UC Berkeley konnte das Verfahren nicht nur verfeinern, sondern auch die teuren Magnete ersetzen.

Dazu haben sie Diamanten mit einer Stickstofflücke genutzt. Das sind Diamanten, die an einigen Stellen statt eines Kohlenstoffatoms ein Stickstoffatom besitzen. Die Forscher polarisierten die Elektronen in den nur wenige Mikrometer großen Kristallen, sodass die Elektronen alle den gleichen Spin hatten. Das ist ungefähr so, als ob man Kompassnadeln, die in verschiedene Richtungen zeigen, in die gleiche Richtung justieren will. Die polarisierten Diamanten verbessern die Kontrastierung und liefern so schärfere Bilder als herkömmliche supraleitende Magnete.

»Die Entdeckung hat enorme wissenschaftliche und kommerzielle Auswirkungen«, sagt Ashok Ajoy, Forscher am Berkeley Lab. Sie könne auch dazu beitragen, den Markt für MRT zu erweitern und die Geräte von Raumgröße auf Tischgröße zu verkleinern. Und so paradox es klingt, durch die Diamanten könnten die Geräte sogar günstiger werden. Denn je besser und kontrastreicher die Aufnahmen sind, desto teurer werden die Magnete und dementsprechend auch die Geräte. Die winzigen Diamanten könnten hingegen im industriellen Maßstab aus Graphit hergestellt werden.

Quellen:
[1] »Brillante Bilder durch Brillanten« (www.wissenschaft.de)
[2] »Diamond ‘Spin-Off’ Tech Could Lead to Low-Cost Medical Imaging and Drug Discovery Tools« (www.lbl.gov)
[3] »Orientation-independent room temperature optical 13C hyperpolarization in powdered diamond (advances.sciencemag.org)    
[4] » Magnetresonanztomographie: Vor- und Nachteile« (www.gesundheit.de)