Bessere Diagnosen mit Gammastrahlung

Die Funktion der Nieren oder Entzündungen in Knochen lassen sich über die Gammastrahlung radioaktiver Substanzen sichtbar machen. Diese Methode – Szintigraphie genannt – liefert allerdings nur recht grob aufgelöste Bilder. Aufnahmen mit deutlich mehr Details verspricht nun ein neues Verfahren, das Forscher in den USA entwickelt haben. In der Fachzeitschrift „Nature“ beschreiben sie, wie sie die Aussendung von Gammastrahlung mit starken Magnetfeldern beeinflussen und bildgebende Signale von extrem wenigen radioaktiven Atomen nachweisen konnten.

Aufbau eines technischen Geräts
Bilder mit Gammastrahlung

Yuan Zheng und seine Kollegen von der University of Virginia in Charlottesville optimierten den Nachweis von Gammastrahlung mit Magnetfeldern, wie sie auch in Kernspintomographen genutzt wird. Für ihren Prototyp füllten sie eine winzige Menge radioaktives Xenon-131, ein Edelgas, in eine wenige Zentimeter große gläserne Zelle. Rund um diese Zelle ordneten sie Magnetspulen und mehrere Detektoren für Gammastrahlung an. Mit diesem Aufbau gelang es ihnen, die beim radioaktiven Zerfall ausgesendete Gammastrahlung aufzufangen und aus diesen Daten ein Bild der gläsernen Zelle zu erhalten.

Der Vorteil dieser Methode lag nun darin, dass für die Bildgebung ausgesprochen wenige radioaktive Xenonatome ausreichten. Dazu polarisierten die Physiker zuerst die Kernspins der etwa 400 Billionen Xenonatome mit kurzen Laserpulsen. Danach wurden die Kernspins mit einem statischen Magnetfeld gleichmäßig ausgerichtet. Mit einem zweiten Magnetfeld, das mit einer Frequenz von 960 Hertz oszillierte, versetzten die Forscher die Spins der Xenonatome in eine Präzessionsbewegung vergleichbar mit der eines trudelnden Kreisels. Dadurch wurde die Richtung der ausgesendeten Gammastrahlung beeinflusst. Die Detektoren, die jeweils senkrecht zueinander angeordnet waren, wiesen entsprechend mal mehr und mal weniger Gammastrahlung nach. Aus diesen von der Richtung abhängigen Messsignalen ließ sich schließlich das Bild der gläsernen Zelle rekonstruieren.

Mit ihrem Prototyp zeigte Yuan Zheng, dass sehr geringe Mengen radioaktiver Substanzen für eine detaillierte Bildgebung über den Nachweis von Gammastrahlung ausreichten. Doch mit mehreren Stunden Messzeit ist dieses Verfahren für die medizinische Diagnostik noch nicht geeignet. Weitere Arbeiten mit anderen radioaktiven Substanzen wie beispielsweise Krypton-79 könnten nun folgen, um die Messdauer deutlich zu reduzieren.