Stromregulierter Verstärker erzeugt kleinste Störmagnetfelder

Hirnströme direkt messen Stromregulierter Verstärker erzeugt kleinste Störmagnetfelder

03.05.2016Autor / Redakteur: Barbara Stumpp * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Hirnaktivitäten lassen sich bisher nur indirekt nachweisen. Zum direkten Messen werden allerdings extrem kleine Störmagnetfelder vorausgesetzt, die jedoch sehr störanfällig sind.

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Maßgeschneideter Leistungsverstärker: Um Hirnströme direkt messen zu können, sind niedrig-magnetische Feldstärken notwendig. Für die entmagnetisierung der Magnetabschirmungen ist ein stromregulierter Verstärker notwendig.
(Bild: Rohrer)

Hirnströme direkt messen oder das Neutronen-Drehmoment bestimmen: Für beides ist eine zuverlässige Entmagnetisierung der Magnetschirmungen notwendig, um niedrige magnetische Feldstärken zu erreichen. Als Basis dient ein stromgeregelter Präzisionsleistungsverstärker der Serie HERO Power von Rohrer Mess- und Systemtechnik aus München.

Forscher haben das Ziel, den Ort der Hirntätigkeit direkt und eindeutig zu messen. Bisher konnten nur Werte mit Hilfe anderer Größen geschätzt werden. So lässt sich beispielsweise auf eine gesteigerte Hirntätigkeit aus einem erhöhten Blutsauerstoffgehalt schließen. Das ist allerdings nicht sehr genau.

Ergänzendes zum Thema

Ein MRI bei niedrigen Frequenzen

Um bei einer Magnetresonanzbildgebung (MRI) ein hochaufgelöstes Bild zu erreichen, geht der Trend zu einem steigenden Magnetfeld woraufhin auch die Magnetisierung steigt. Allerdings gibt es Forschungen mit Magnetfeldern unterhalb des Erdmagnetfeldes von rund 50 µT. Das PTB forscht an einer Bildgebung bei noch niedrigeren Frequenzen, die beispielsweise bei menschlicher Hirnaktivität ausgelöst wird. Solche Frequenzen liegen bei DC bis etwa 1 kHz. Bei diesen Frequenzen kann die Hirnaktivität die Magnetresonanzbildgebung direkt beeinflussen und Hirnaktivitäten bildlich darstellen können.

Extrem kleine Magnetfelder im Nano-Tesla-Bereich

Eine Lösung sind extrem kleine Magnetfelder im Nano-Tesla-Bereich, die die Hirnströme erzeugen und direkt mit MRI messen können. Dazu kommt, dass die neuronalen Effekte im Millisekundenbereich stattfinden, also bei Frequenzen von unter 1 kHz. Mit dieser Methode lassen sich Hirnströme mit Niederfeld MIR lokalisieren und anatomisch exakt darstellen. Fehlerhaftes Schätzen aus einem EEG wäre damit hinfällig.

Allerdings gibt es ein Problem: Das Erdmagnetfeld mit ungefähr 50 µT und die vielen Magnetfelder elektrischer und elektronischer Systeme überdecken Nano-Tesla-Magnetfelder. Abhilfe schafft eine magnetisch stark abgeschirmte Kammer. Die Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig haben ein Verfahren entwickelt, das mit Magnetfeldstärken <50 µT arbeitet. Dabei werden Wasserstoffkerne gezielt elektromagnetisch angeregt, die dann bis zur Rückkehr in den Grundzustand ein Signal abgeben.

Verwendet man dabei niedrige Feldstärken, lassen sich gleichzeitig Gehirnströme erfassen. Eine solche Kombination ist beim konventionellen Hochfeld-MRT nicht möglich. Am PTB wurde eine magnetische Schirmkabine aufgebaut: Sie besteht aus zwei Lagen Mu-Metall, eine weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung mit hoher magnetischer Permeabilität. Damit lassen sich niedrigfrequente Magnetfelder abschirmen.

Ein speziell entworfenes Spulensystem zu den Mu-Metall-Lagen entmagnetisiert die Kammer. Die magnetischen Restfelder sind <1,5 nT bei einem Gradienten <20 pT/cm. Eine in Berlin installierte Kabine wurde von der Firma Vacuumschmelze aufgebaut. Dabei erfolgt die Entmagnetisierung mit dem Verstärker der Firma Rohrer.

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