Farbige Flächen tanzen auf dem Bildschirm, gestaffelt von leuchtend rot bis dunkelblau über ocker, gelb und grün; sie sind wie die Jahresringe eines Baumstamms angeordnet und verformen sich dauernd, bilden periodisch wiederkehrende Figuren. "Dies ist eine Art Videoaufnahme des pulsierenden Herzens. Die Farben zeigen, wie sich das Herzmagnetfeld räumlich und zeitlich verändert", erklärt Georg Bison, Doktorand am Departement für Physik der Universität Freiburg (CH). Er hat die Bilder mit einem speziellen Gerät aufgenommen, das er mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds und der Deutschen Forschungsgemeinschaft massgeblich mitentwickelt hat. Die Resultate dieser Arbeit wurden in der Zeitschrift «Applied Physics» publiziert.
Zur Herzuntersuchung wird in vielen Arztpraxen die Elektrokardiografie (EKG) - die Erfassung des elektrischen Potentials des Herzmuskels - routinemässig angewendet. Doch die klinische Forschung der letzten Jahre hat ergeben, dass das Kartieren des Herzmagnetfelds - die sogenannte Magnetokardiografie (MKG) - der EKG oft überlegen ist. Denn die MKG kann Herzbeschwerden im Frühstadium bereits beim ruhenden Patienten diagnostizieren, während dies mit der EKG nur mit Belastungsuntersuchungen möglich ist. "Zur Zeit kommt die sehr empfindliche Methode allerdings erst selten und nur in wenigen medizinischen
Forschungszentren zur Anwendung", führt Projektleiter Antoine Weis an. Dies sei in erster Linie eine Frage der Kosten: "Bisherige MKG-Anlagen zur Aufzeichnung des Herzmagnetfelds kosten nämlich über eine halbe Million Franken. Sie verwenden supraleitende Sensoren, die mit aufwändigen Kühlapparaturen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273°C) abgekühlt werden müssen." Das Gerät der Freiburger Forscher hingegen funktioniert bei Zimmertemperatur und nutzt moderne Lasertechnologie. Deshalb dürfte es deutlich billiger zu stehen kommen und den Einsatz der Magnetokardiografie, wenn nicht unbedingt in Arztpraxen, so doch in üblichen Spitälern ermöglichen.
Auch die Betriebskosten werden drastisch sinken, da kein flüssiges Helium mehr gebraucht wird. Allein für den Heliumverbrauch werden bei einer bisherigen MKG-Anlage mit supraleitenden Sensoren monatlich mehrere Tausend Franken ausgegeben. Vergleiche mit einer dieser MKG-Anlagen in Rom haben gezeigt, dass das Gerät der Freiburger Physiker eine ähnliche Leistung erbringt. So haben die ersten Messergebnisse mit dieser neuen Technologie Georg Bison an der Internationalen Konferenz über Biomagnetismus im August 2002 in Jena (D) eine Auszeichnung eingebracht.
Technologie in etwa zwei Jahren marktreif
Das Herz erzeugt das stärkste Magnetfeld im Körper. Dieses ist jedoch immer noch eine Million mal kleiner als das Erdmagnetfeld und tausend- bis millionenfach schwächer als Störfelder, die von technischen Geräten (Elektroapparaten, Bahnen, Autos, Lifts usw.) in unserer Umgebung ausgestrahlt werden. Um die schwachen Herzsignale in diesem magnetischen Getöse zu erkennen, werden zwei gleiche Magnetfeldsensoren verwendet. Sensor Nr.1, der nahe bei der Patientenbrust platziert wird, erfasst sowohl die Felder der Umgebung als auch das Herzmagnetfeld; Sensor Nr.2 misst nur die Felder der Umgebung. Das Signal aus Nr.2 wird von demjenigen aus Nr.1 elektronisch abgezogen, woraus sich das schwache Herzmagnetfeld ergibt.
Kernstück der Sensoren ist eine kleine Messzelle, die 6 Kubikzentimeter Cäsiumdampf enthält. "Unser Sensor verhält sich ähnlich wie eine Cäsium-Atomuhr, die wir durch ein magnetisches Hilfsfeld zum ‚Ticken’ bringen", so Robert Wynands, einer der beteiligten Physiker. "Die Uhr wird vom Herzmagnetfeld leicht aus dem Takt gebracht, was wir durch Nachregeln des Hilfsfeldes kompensieren. Ein Laser, dessen Strahl den Cäsiumdampf durchläuft, misst diese Störungen. Und daraus lässt sich das Herzmagnetfeld berechnen.
Noch muss die Technologie für den Einsatz in der Praxis weiterverfeinert werden. Elektronik und Laseranordnung müssen kompakter werden. Vorgesehen ist auch, ein Gitter aus Sensoren aufzubauen, mit welchem verschiedene Herzbereiche gleichzeitig magnetisch kartiert werden können. Zur Zeit besteht jede Aufnahme noch aus einer Reihe von Einzelmessungen, die den Herzbereich rasterartig abdecken. Das Freiburger Forschungsteam hofft, dass seine bahnbrechende Technologie in etwa zwei Jahren marktreif sein wird.
Elektrische Ströme fliessen durch das Herz
Jeder stromdurchflossene elektrische Leiter ist die Quelle eines Magnetfeldes. Auch das Herz wird von elektrischen Strömen durchflossen. Jeder Herzschlag wird durch einen elektrischen Impuls ausgelöst, der vom Sinusknoten (in der Wand des rechten Vorhofs) ausgeht und sich durch den ganzen Herzmuskel ausbreitet, der sich darauf zusammenzieht und das Blut weiterpumpt. Dieser Vorgang entspricht einem schwachen elektrischen Strom und ist die Quelle des Herzmagnetfeldes.