Neue Trends in der biomedizinischen Bildgebung mit atomaren Magnetometern
Prof. Antoine Weis (Physik Department, Universität Freiburg, Schweiz)

Atomare Magnetometer (AM) sind seit Mitte der 1950er Jahren bekannt. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat der Einsatz von Laserstrahlung zu einem Boom in der Entwicklung neuartiger atomarer Magnetometriemethoden geführt, welche den Zugang zu neuen Anwendungsbereichen eröffnen. Derzeit sind Laser-basierte AM die empfindlichsten Magnetfeld-Messgeräte überhaupt. Sie können typischerweise Änderungen von Magnetfeldern im einstelligen femto-Tesla Bereich (oder darunter) nachweisen, 10-100 Millarden mal kleiner als das an sich schon schwache Erdmagnetfeld.
Ausgehend von einem Überblick über etablierte Bildgebungsverfahren werde ich zeigen, wie der Einsatz von AM, deren Prinzip auf optisch nachgewiesener Magnetresonanz in atomaren Dampfzellen beruht, zu neuartigen biomedizinischen Bildgebungsverfahren führt. Insbesondere werde ich über Magneto-Kardiographie (MKG), Magneto-Enzephalographie (MEG), Kleinfeld-Magnetresonanztomographie (ULF-MRI, ultralow field magnetic resonance imaging) sowie vielversprechende Anwendungen von magnetischen Nanoteilchen (MNP, magnetic nanoparticles) berichten. MNPs werden bereits als Kontrastverstärker in der konventionellen MRI sowie zur therapeutischen Hyperthermie eingesetzt. Sie eröffnen (in funktionalisierter Form) neue Möglichkeiten der gezielten Krebstherapie und führen (im Zusammenspiel mit AM) zu neuartigen medizinischen Bildgebungsverfahren. Bei letztgenannter Anwendung ist die MPI (magnetic particle imaging) Methode besonders interessant. Sie wird bereits in einem kommerziellen Gerät angewendet, welches eine Echtzeit-Darstellung der Blutzirkulation in Kleintieren erlaubt.
In diesem Zusammenhang werde ich auch über eigene Forschungsresultate über AM-Anwendungen zur MPI und zur MRX (Magnetorelaxation, einer weiteren MNP-Nachweismethode mit bildgebendem Potenzial) berichten. Meines Wissens hat bislang keine der aufgezählten Methoden Einzug in die klinische Praxis gefunden. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass atomare Magnetometer eine zentrale Rolle in zukünftigen biomedizinischen Bildgebungsverfahren spielen werden.