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Kontrastmittel für die Kernspin-Tomographie

In der PTB wurde eine Apparatur zur Erzeugung von hyperpolarisiertem Xenon für kernspintomographische Aufnahmen der Lunge, des Gehirns und möglicherweise noch weitere medizinische Diagnoseverfahren entwickelt.

Überlagerung der 129Xe Lungenbilder (rot, Auflösung in der Ebene 4x4 mm2) mit konventionellen Protonenbildern (weiß).

Kontrastmittel werden in der medizinischen Bildgebung sowohl zur anatomischen Darstellung als auch bei funktionellen Untersuchungen eingesetzt, um den Aussagewert der Abbildung zu erhöhen. So ist beispielsweise die Bildgebung der Lunge mittels konventioneller Kernspintomographie schwierig, da das Protonensignal aus dem Lungengewebe zeitlich sehr schnell abfällt und die in der Lunge befindliche Luft kein Signal liefert. Die stabilen Edelgas-Isotope (3He, 129Xe) lassen sich durch optisches Pumpen mit Laserstrahlung (hyper-)polarisieren, das heißt, die Kernspins werden in hohem Maße ausgerichtet. Derartig präparierte Edelgase (HpHe, HpXe) lassen sich als Kontrastmittel für die Kernspintomographie der Lunge und der funktionellen Diagnostik des Gehirns einsetzen.

Mehreren Forschergruppen in Europa (zum Beispiel an der Universität Mainz) und Amerika ist es bereits gelungen, nach Einatmen von HpHe die Lunge mit Hilfe der Kernspintomographie abzubilden und dynamische Studien der Lungenfunktion durchzuführen. 3He, als Abfallprodukt der Tritiumgewinnung, ist ein auf der Erde nicht natürlich vorhandenes Isotop. Dagegen kommt 129Xe mit einer Häufigkeit von 26 % in natürlichem Xenon-Gas vor. Xenon löst sich sehr gut in Blut und Gewebe, beispielsweise Hirngewebe, und eröffnet damit weitergehende medizinische Anwendungen.

In der PTB wurde eine Apparatur zur Erzeugung ausreichender Mengen (0,5 l/h) von HpXe mit einem Polarisationsgrad von 10 % bis 20 % (bezogen auf 129Xe) aufgebaut, um eine Abbildung der Lunge sowie eine (zeitaufgelöste) spektroskopische Bildgebung des Gehirns mit Hilfe der Kernspintomographie durchzuführen. Ziele sind einerseits das Erschließen neuer medizinischer Anwendungsgebiete von HpXe, andererseits der quantitative Vergleich von Lungenbildern, welche mit HpHe bzw. HpXe aufgenommen wurden. Hierdurch soll geklärt werden, ob und für welche medizinischen Anwendungen HpHe durch HpXe bei der Lungenbildgebung ersetzt werden kann. Es ist darüber hinaus denkbar, dass HpXe und HpHe auch als Kontrastmittel in der SQUID-Messtechnik Verwendung finden können.

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