Forschungsbereich Biomedizinische Bildgebung
Der „Blick in das Innere des Menschen“ ist ein alter Wunsch der Medizin und war viele Jahrhunderte nur durch Sezieren möglich. Wilhelm Conrad Röntgens Entdeckung elektromagnetischer Strahlung mit hoher Energie erlaubte die Darstellung von absorbierenden Strukturen im Körper und etablierte sich rasant als erste medizinische Bildgebung in der Medizin. Im Laufe der Jahre sind zur Röntgentechnik weitere Verfahren, wie Nuklearmedizin, Ultraschall und Magnetresonanztomographie (MRT) hinzugekommen. Letztere wird wegen ihres hervorragenden Weichteilkontrastes ohne Verwendung von ionisierender Strahlung in vielen klinischen Anwendungen eingesetzt und ist ein fester Bestandteil der medizinischen Diagnose und Therapiekontrolle.
Die MRT basiert auf dem grundlegenden Prinzip der kernmagnetischen Resonanz (engl. Nuclear Magnetic Resonance- NMR), wobei in der Medizin üblicherweise Magnetresonanz (MR) verwendet wird. Der NMR-Effekt wurde im Jahre 1946 unabhängig voneinander in zwei Arbeitsgruppen um F. Bloch an der Stanford Universität und E. Purcell an der Harvard University entdeckt. Beide Wissenschaftlergruppen wurden für diese grundlegenden Arbeiten 1952 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Die NMR fand zunächst Anwendung in der chemischen Analyse bei der Strukturaufklärung von Molekülen, bevor P. Lauterbur 1973 einen neuen Ansatz zur räumlichen Zuordnung der NMR-Signale entwickelte und den Grundstein für die NMR- Bildgebung legte. Die technischen Entwicklungen der folgenden Jahre machten die MR-Bildgebung zu einem wichtigen medizinischen Diagnoseverfahren. Diese Bildgebung bietet neben der Darstellung der Anatomie mit hervorragendem Weichteilkontrast auch die Möglichkeit zur Messung einer Vielzahl biophysikalischer Parameter, wie Blutfluss, Perfusion, Diffusion oder Blutoxygenierung, die von hoher diagnostischer Bedeutung sind. Die ist die NMR-Tomographie in den letzten Jahrzehnten zu einem der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der klinischen Praxis und biomedizinischen Forschung geworden.
Die ständige Weiterentwicklung und Innovationen führten zu einer hohen räumlichen Auflösung bzw. Verringerung der Messzeit und ermöglichten so neue biomedizinische Anwendungen, wie z. B. die Herz-MRT. Die technischen Entwicklungen der letzten Jahre zielen auf die Quantifizierung von biophysikalischen Parametern und die Beschleunigung von Messverfahren. Dazu ist ein Wissen aus unterschiedlichen Bereichen nötig, d. h. Verständnis der physikalischen Grundlagen, dem technischen Aufbau des Messsystems, mathematische Beschreibung des inversen Problems bzw. Signaltheorie, sowie biomedizinische Anwendungen. Dieser notwendige interdisziplinäre Ansatz macht die NMR-Bildgebung zu einem hoch interessanten Forschungsfeld für Ingenieure und Naturwissenschaftler.
