PTB-Mitteilungen 2013 Heft 4 - Physikalisch-Technische ...

PTB-Mitteilungen 123 (2013), Heft 4
Helmholtz-Preis n
HELMHOLTZ-PREIS 2003 (Preisverleihung am 30.06.2003)
PD Dr. med. Dr. rer. nat. Wolfgang Rudolf Bauer
für die Arbeit „Messung der Mikrozirkulationsparameter Intrakapillarvolumen, Kapillarrekrutierung und Durchblutung
im Herzmuskel mittels NMR-Tomographie“
Blick ins Herz mit NMR-Tomographie
Für die Diagnostik vieler Erkrankungen des menschlichen
Herzens ist es wichtig, dass man die myokardiale Mikrozirkulation,
also den Blutkreislauf in den Kapillaren des Herzmuskels,
möglichst genau misst. So wird z. B. eine verminderte
Kapillardichte für die Herzmuskelschwäche nach einem
Herzinfarkt verantwortlich gemacht. Doch es gibt nur wenige
nichtinvasive, das Herz nicht belastende Techniken, mit denen
sich die Mikrozirkulation erfassen lässt. Die für eine Anwendung
beim Patienten in Frage kommenden nuklearmedizinischen
Verfahren haben nur eine geringe räumliche Auflösung,
wodurch die Qualität und Zuverlässigkeit der Diagnose
beschränkt wurden. Hingegen ermöglicht es die Kernspinresonanz-
oder NMR-Bildgebung, die Mikrozirkulation im
Herzmuskel, dem Myokard, quantitativ und räumlich aufgelöst
zu messen. PD Dr. med. Dr. rer. nat. Wolfgang Rudolf Bauer und die von ihm geleitete
Arbeitsgruppe „Kardiale Magnetresonanztomographie und Biophysik“ von der Medizinischen
Universitätsklinik Würzburg entwickelten NMR-Messmethoden, mit denen sie
das relative Kapillarvolumen, die Mikrozirkulation und deren Anteil an der gesamten
Durchblutung des Herzmuskels messen konnten. Damit ließen sich z. B. Funktionsstörungen
in den Herzkranzgefäßen erkennen. Für die Arbeit wurde Wolfgang Rudolf
Bauer mit dem Helmholtz-Preis 2003 ausgezeichnet, der mit 15 000 € dotiert war.
Die von Bauer und seinen Mitarbeitern entwickelten Verfahren beruhten darauf,
dass zwischen den Parametern der Mikrozirkulation und den NMR-Parametern ein
Zusammenhang besteht. Die mittels Kernspintomographie im Herzen lokal gemessenen
Größen waren die longitudinale und die transversale Relaxationszeit T1 bzw.
T2, mit denen die spinpolarisierte Protonen in einem Magnetfeld nach einer Störung
in ihren Ausgangszustand zurückkehrten. Gab man ein geeignetes Kontrastmittel in
die Herzgefäße, so wechselwirkten die Protonenspins mit ihm und konnten schneller
relaxieren. Während das Kontrastmittel in den Blutgefäßen verblieb, diffundierten
die Protonen auch in das umliegende Gewebe. Dadurch änderten sich aufgrund der
Kontrastmittelgabe die Relaxationszeiten sowohl in den Blutgefäßen als auch im
Myokard, wenn auch unterschiedlich stark. Wie die Forscher durch Messungen und
biophysikalische Modelle zeigen konnten, bestand zwischen dem relativen intrakapillären
Blutvolumen RBV, das das Volumen der Kapillaren zum Gesamtvolumen des
Herzens in Beziehung setzt, und den Relaxationszeitänderungen ein Zusammenhang:
RBV = Δ(1/ T1 Myokard )/Δ(1/T1 Blut ). Auf diese Weise konnten die Forscher detaillierte
RBV-Karten der Herzens aufnehmen, die Auskunft über die lokale Mikrozirkulation
gaben. Ein weiteres Verfahren kam ohne Kontrastmittel aus, indem es die magnetischen
Eigenschaften der Kapillaren nutzte. Wenn das Hämoglobin in der Kapillare
seinen Sauerstoff an das Gewebe abgibt, entsteht paramagnetisches Desoxyhämoglobin,
das die transversale Relaxationszeit T2 der Protonenspins verkürzt. Da die vorhandene
Menge an Desoxyhämoglobin proportional zur Kapillardichte und damit zum
relativen intrakapillären Blutvolumen RBV ist, kann man dieses aus lokalen Messungen
von T2 ermitteln. Mit diesen und weiteren Verfahren entwickelten Bauer und seine
Mitarbeiter wertvolle Werkzeuge für die Diagnostik vieler Herzerkrankungen.
(v. l. n. r.) Prof. Dr. Ernst O. Göbel,
Dr. Ditmar Staffelt,
Dr. Dr. Wolfgang R. Bauer
Dipl.-Ing. Ruprecht v. Siemens
Wolfgang Rudolf Bauer, (3. v. l.) 1961
geboren, studiert von 1980 bis 1988
Medizin und Physik in Münster, an der
TU München und an der University of
Illinois in Urbana. 1988 promovierte
er in Medizin an der TU München. Er
arbeitete von 1989 bis 1999 zunächst als
Assistenz- und dann als Oberarzt an der
Universität Würzburg bzw. am Klinikum
Mannheim der Universität Heidelberg.
1998 habilitierte er in Heidelberg, 2003
wurde er an der Universität Würzburg in
Physik promoviert. Hier hat er seit 2004
eine Professur am Zentrum für Innere
Medizin.
Literatur
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Wolfgang Rudolf Bauer: Messung der
Mikrozirkulationsparameter Intrakapillarvolumen,
Kapillarrekrutierung
und Durchblutung im Herzmuskel
mittels NMR-Tomographie.
(Unveröffentlicht, 2003) (bio.physik.
uni-wuerzburg.de/people/kh/
Helmholtzpreis.pdf)
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