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Ansprechpartner: 
Zusammen mit Ärzten des
Universitätsklinikums "Benjamin Franklin" (Kontakt:
Dr. Gabriel Curio)
entwickelt die PTB neue Meßverfahren zur Erfassung langsam
veränderlicher biomagnetischer Felder. Diese Verfahren eröffnen neue Möglichkeiten in der
neurologischen Diagnostik.
Im menschlichen Körper können schwache, langsam veränderliche
Ströme, sogenannte DC-Ströme, auftreten. Ein Beispiel hierfür ist der Ladungsausgleich,
der nach einer Verletzung elektrisch polarisierter Membranen von Nerven- oder Muskelzellen
stattfindet. Diese "Verletzungsströme" klingen im Anschluß an die Verletzung
langsam ab und sind z.T. noch nach mehreren Stunden nachweisbar. Ähnliche DC-Phänomene
werden infolge von Hirninfarkten (Schlaganfall) vermutet.
Der Nachweis dieser schwachen niederfrequenten Ströme ist schwierig.
Eine Möglichkeit besteht darin, Elektroden direkt in das verletzte Gewebe einzubringen,
um so eine lokale Information über die elektrophysiologischen Vorgänge zu erhalten.
Demgegenüber arbeitet die DC-Magnetometrie völlig berührungsfrei.
Zur Aufnahme der Magnetfeldwerte wird ein Multikanal
SQUID-System in einer magnetisch geschirmten Kabine, in der äußere
Störungen unterdrückt werden, eingesetzt. Zur weiteren
Rauschunterdrückung wird ein Modulationsverfahren eingesetzt, bei
dem der Körper bzw. die Probe periodisch unter dem Magnetfeldsensor
bewegt wird. Hierdurch werden die DC-nahen Magnetfelder in einen
Frequenzbereich verschoben, in dem für Meßsystem und Abschirmung
geringere Rauschpegel vorliegen (siehe Abb. 1). Unter Verwendung
eines digitalen Lock-In Verfahrens können im Anschluß an die Messung
aus den Meßdaten die DC-Magnetfelder zurückgerechnet werden. Zur
Modulation werden Frequenzen zwischen 0.4 Hz und 1.0 Hz bei
Modulationsamplituden von 2 cm bis 8 cm eingesetzt.
Abb 1. Prinzip des Modulationsverfahrens
Bei der Entwicklung und Herstellung der Modulationseinrichtung ist
große Sorgfalt notwendig, da störende magnetische Verunreinigungen
vermieden werden müssen. Als Werkstoffe haben sich Kunststoffe,
Keramik und Holz bewährt. Die Modulationseinrichtung wird über einen
speziell gefertigten Hydraulikzylinder angetrieben, der über Schläuche
an ein Hydraulikaggregat angekoppelt ist. Das elektrisch betriebene
Aggregat wurde außerhalb der magnetisch geschirmten Kammer
aufgestellt, so dass die Magnetfeldsensoren nicht durch den Antrieb
gestört werden.
Als Beispiel für das Auftreten von Verletzungsströmen wird eine
Untersuchung an einem Nervenpräparat vorgestellt. Die bei einer
Tumorresektion entfernte Nervenfaser mit einer Länge von 6 cm und
einem Durchmesser von 1 mm wurde in U-Form in einer Schale mit
Elektrolytlösung fixiert. Durch die U-Form werden die an den beiden
Nervenenden auftretenden Verletzungsströme parallel ausgerichtet, so
dass eine Konfiguration entsprechend einem Stromdipol entsteht (Abb.
2 a). Die mittels des Modulationsverfahrens bestimmte
DC-Magnetfeldverteilung (Abb. 2 b) zeigt dementsprechend ein
dipolares Feldmuster der Verletzungsströme. Die Intensität dieses
Feldmusters nimmt unter der Annahme eines exponentiellen
Abklingens mit einer Zeitkonstante von etwa 30 min ab. Das Feldmuster
konnte noch 3 h nach der Operation beoachtet werden.
Abb 2. DC-Magnetfeldverteilung (z-Komponente) der Verletzungsströme
eines
Nervenpräparates, Sensordurchmesser 205 mm, Abstand zum Präparat 40 mm:
a) Anordnung des Präparates;
b) Magnetfeldverteilung mit 5 fT Isofeldlinienabstand.
Ausgewählte Veröffentlichungen:
- Mackert BM, Wubbeler G, Leistner S, Trahms L, Curio G.
Non-invasive single-trial monitoring of human
movement-related brain activation based on
DC-magnetoencephalography.
Neuroreport 2001 Jun 13;12(8):1689-92
- Carbon M, Wubbeler G, Trahms L, Curio G.
Hyperventilation-induced human cerebral magnetic fields
non-invasively monitored by multichannel "direct current"
magnetoencephalography.
Neurosci Lett. 2000 Jun 30;287(3):227-30
- Jazbinsek V, Thiel G, Wübbeler G, Müller W, Trontelj Z
Spatial and temporal distribution of magnetic
field due to injury currents in Vicia faba plants
in Biomag2000, Proc. 12th Int. Conf. on Biomagnetism,
J. Nenonen, R.J. Ilmoniemi, and T. Katila, eds.
(Helsinki Univ. of Technology, Espoo, Finland, 2001), pp. 999-1001
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- Wubbeler G, Ziehe A, Mackert BM, Muller KR, Trahms L, Curio G.
Independent component analysis of noninvasively recorded cortical
magnetic DC-fields in humans.
IEEE Trans Biomed Eng. 2000 May;47(5):594-9.
- Jazbinsek V, Thiel G, Muller W, Wubbeler G, Trontelj Z.
Magnetic detection of injury-induced ionic currents
in bean plants.
Eur Biophys J. 2000;29(7):515-22.
- Mackert BM, Wubbeler G, Burghoff M, Marx P, Trahms L, Curio G.
Non-invasive long-term recordings of cortical
"direct current" (DC-) activity
in humans using magnetoencephalography.
Neurosci Lett. 1999 Oct 8;273(3):159-62.
- Mackert BM, Mackert J, Wubbeler G, Armbrust F, Wolff KD,
Burghoff M, Trahms L, Curio G.
Magnetometry of injury currents from human nerve and muscle specimens
using superconducting quantum interferences devices.
Neurosci Lett. 1999 Mar 12;262(3):163-6.
- Wubbeler G.; Mackert J.; Armbrust F.; Burghoff M.; Mackert B.-M.;
Wolff K.-D.; Ramsbacher J.; Curio G.; Trahms L.
SQUID measurements of human nerve and muscle near-dc
injury-currents using a mechanical modulation of the source
position.
Applied Superconductivity, 1999, 6(10), 559-565
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