Erwin L. Hahn Institute for MRI

Die Forschung am Erwin L. Hahn Institut gliedert sich in drei Hauptbereiche, die technisch-methodische Entwicklung für 7T, die klinische Bildgebung bei 7T und die funktionelle MRT bei 7T. Letztere beinhaltet neben der Erforschung von kognitionswissenschaftlichen Fragestellungen auch die Spektroskopie, mit deren Hilfe Metabolite zerstörungsfrei analysiert werden können.

Der Hauptvorteil der Ultrahochfeld-MRT liegt in der verbesserten räumlichen Auflösung für anatomische Bildgebung und funktionelle MRT. Das Hauptmanko der 7T-MRT sind Signalinhomogenitäten, bedingt durch Interferenzeffekte des Sendefeldes im menschlichen Körper. Dieser Problematik nimmt sich der Bereich der technisch-methodischen Forschung an. Im Fokus stehen dabei die Entwicklung von Hochfrequenzspulen, speziellen Sendestrategien und Rekonstruktionsmethoden. Eine bestmögliche Umsetzung für die klinische Anwendung ist hierbei stets das oberste Ziel. Des Weiteren nehmen eine intensive Sicherheitsbetrachtung der entwickelten Komponenten, sowie der Einfluss der Ultrahochfeld-MRT auf den menschlichen Körper eine zentrale Stellung ein. Das Erwin L. Hahn Institut ist in der herausragenden Position, eine der weltweit führenden Arbeitsgruppen auf diesem Forschungsfeld, insbesondere in der Herz- und Abdominalbildgebung (zum Beispiel Leber, Niere) zu beherbergen. Diese Arbeitsgruppe hat seit 2010 ein Patent auf ein selbstentwickeltes und aufgebautes System zur Manipulation des Sendefeldes, das nun eine -klinische Bildgebung des Körperstamms bei 7T ermöglicht. 

Aufgrund der stark interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Forscherinnen und Forschern aus der Medizin, den Ingenieur- und Naturwissenschaften stellt die klinische Bildgebung des gesamten menschlichen Körpers sowie vor allem die Darstellung von Pathologien bei 7T, das Alleinstellungsmerkmal des Erwin L. Hahn Institutes dar. In vielen Arbeiten wurden Anatomien und Pathologien erstmalig bei 7T gezeigt und in Vergleichsstudien zu 1,5T oder 3T die ersten klinischen Vorteile herausgearbeitet. Die enge Verbindung mit dem Universitätsklinikum Essen bietet den Zugang zu einer großen Bandbreite von Patienten mit unterschiedlichen Pathologien und die Möglichkeit, mit hervorragenden klinischen Partnern zu kooperieren. 

Mit der zunehmenden Anzahl von klinisch orientierten Studien bei 7T stehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor der Herausforderung, neue technische Lösungen für die Ultrahochfeld-MRT im Körper außerhalb des Kopfes zur Verfügung zu stellen. Die Darstellung größerer Bereiche im Körper ist beispielsweise wichtig bei der Untersuchung von Patientinnen und Patienten mit Metastasen oder Multiple-Sklerose-Läsionen im Rückenmark. Im Jahr 2011 wurden die weltweit ersten Ergebnisse der Darstellung von abdominellen Organen mithilfe von Kontrastmittel veröffentlicht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Erwin L. Hahn Institutes konnten neue Methoden einführen, um die Bildgebung über solch große Regionen bei 7T zu verfeinern. Derzeit wird weiter daran gearbeitet, verschiedene Pathologien in Patientinnen und Patienten zu untersuchen, um die klinische Bedeutung dieser Technologie zu ermitteln.

In der funktionellen Hirnbildgebung werden hochaufgelöst aktivierte Hirnareale dargestellt und dadurch neurobiologische Grundlagen kognitiver Fähigkeiten und anderer Aspekte menschlichen Verhaltens untersucht. Die Arbeiten werden sowohl klinisch motiviert an Patienten, als auch grundlagenbasiert an gesunden Probanden durchgeführt. Durch die deutlich höhere räumliche Auflösung von Ultrahochfeld-fMRT gegenüber fMRT bei gängigen, niedrigeren Feldstärken können neue Erkenntnisse bezüglich der Beteiligung selbst kleinster Hirnstrukturen an verschiedenen kognitiven und die Emotionsverarbeitung betreffende Prozesse gewonnen werden. Zudem tragen die Studien zu einem besseren Verständnis der an verschiedenen psychologischen Symptomen bei Patienten mit Hirnstörungen beteiligten neurobiologischen Grundlagen bei. Ultrahohe Feldstärken wie 7T bieten dazu hervorragende Möglichkeiten, was insbesondere an dem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis liegt. Am Erwin L. Hahn -Institute werden auch Bildgebungssequenzen optimiert, um die Vorteile von Ultrahochfeld-MRT für die funktionelle Hirnbildgebung nutzbar zu machen. 

Im Hinblick auf spektroskopische Anwendungen sind die Vorzüge von Ultrahochmagnetfeldsystemen zweifach: Nicht nur die Sensitivität für die detektierbaren Stoffwechselprodukte steigt an, sondern auch die Auflösung der Spektren an sich wird erhöht. Die resultierenden Spektren beinhalten Fingerabdrücke des Stoffwechsels im vorliegenden Gewebe. Zum Beispiel in der Prostata kann dieser Fingerabdruck verwendet werden, um zwischen Tumorgewebe und gesundem Gewebe zu unterscheiden.