Messtechnik in der Medizin

Schwache Magnetfelder mit neuartigem Sensor messen

| Redakteur: Hendrik Härter

Vier im Bereich der motorischen und sensorischen Gehirnareale auf den Kopf eines Probanden geklebte CSAM-Magnetfeldsensoren. Die würfelförmigen Sensoren sind ähnlich einfach zu handhaben wie Elektroden. Kleines Bild: Dimension des Sensors und der zur lokalen Modulation des Feldes auf den Sensor aufgebrachten Spule (in der Aufsicht auf den Würfel).
Vier im Bereich der motorischen und sensorischen Gehirnareale auf den Kopf eines Probanden geklebte CSAM-Magnetfeldsensoren. Die würfelförmigen Sensoren sind ähnlich einfach zu handhaben wie Elektroden. Kleines Bild: Dimension des Sensors und der zur lokalen Modulation des Feldes auf den Sensor aufgebrachten Spule (in der Aufsicht auf den Würfel). (PTB)

Die schwachen Magnetfelder des menschlichen Gehirns wurden bisher mit Sensorik gemessen, die mit Helium gekühlt werden mussten. Forscher des amerikanischen NIST haben eine Lösung entwickelt, die ohne Supraleitung auskommt und bei Raumtemperatur arbeitet.

Amerikanische Forscher am NIST haben einen speziellen Senosr entwickelt, der die winzigen Magnetfelder des menschlichen Gehirns misst. Das Chip-scale Atomic-Magnetometer (CSAM) besteht im Wesentlichen aus einer mit Rubidiumgas gefüllten Zelle und einer Mikrooptik. Die Wechselwirkung des Elektronenspins der Rubidium-Atome mit einem Magnetfeld dient als hochempfindliches Maß für die Feldstärke. Der große Vorteil ist allerdins, dass der Sensor bei Raumtemperatur arbeitet.

Sensor auf Praxistauglichkeit geprüft

Dieser Sensortyp wurde jetzt im „magnetisch ruhigsten Raum der Erde“ der PTB in Berlin auf seine Praxistauglichkeit getestet. Im Vergleich mit dem Goldstandard, den SQUIDs, hat er ein um den Faktor 5 bis 10 höheres Rauschen. Dies wird aber durch den verringerten Abstand zwischen Sesnsor und Quelle kompensiert. Außerdem ist er wesentlich vielseitiger einsetzbar. Man kann davon ausgehen, dass der neue Sensortyp viele neue Anwendungen hochempfindlicher magnetischer Messtechnik erschließt – möglicherweise nicht nur für biomagnetische Untersuchungen.

Eine Untersuchungsmethode ist das Magnetenzephalogramm (MEG). Hier werden die schwachen Magnetfelder gemessen, die das menschliche Gehirn bei der Arbeit erzeugt. Die Aufnahme eines solchen MEG ist beispielsweise für die Diagnostik der Epilepsie oder in der neurologischen Grundlagenforschung von Bedeutung.

Die Nachteile bisheriger SQUIDS

Bisher kamen zum Messen von sehr schwachen Magnetfeldern die sogenannten SQUIDS – Superconducting Quantum Interference Devices – zum Einsatz. Die Sensoren sind die zurzeit empfindlichsten Magnetfeldsensoren. Sie brauchen jedoch eine aufwändige Kühlung in einem Kryogefäß, das regelmäßig mit flüssigem Helium gefüllt werden muss. Doch schon jetzt macht die weltweite Verknappung der Heliumressourcen den Nutzern der SQUID-Messtechnik zunehmend Sorgen. Außerdem sind die SQUIDs in einer festen Anordnung im thermisch isolierten Inneren eines Kryogefäßes montiert.

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