„Geschichte der Magnetresonanztomographie“ – Versionsunterschied
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The '''history of [[magnetic resonance imaging]]''' (MRI) includes the work of many researchers who contributed to the discovery of [[nuclear magnetic resonance]] (NMR) and described the underlying [[physics of magnetic resonance imaging]], starting early in the twentieth century. MR imaging was invented by [[Paul C. Lauterbur]] who developed a mechanism to encode spatial information into an NMR signal using magnetic field gradients in September 1971; he published the theory behind it in March 1973.<ref name=lauterbur>{{cite journal |author=Lauterbur PC |date=1973 |title=Image Formation by Induced Local Interactions: Examples of Employing Nuclear Magnetic Resonance |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=242 |pages=190–1 |doi=10.1038/242190a0 |issue=5394 |bibcode=1973Natur.242..190L|s2cid=4176060 }}</ref><ref>{{Cite web|url=https://magnetic-resonance.org/print-version.html#offprint|title=Rinck, PA. Magnetic Resonance Imaging: The History of Magnetic Resonance Imaging. Free Offprint from Rinck PA. Magnetic Resonance in Medicine - A Critical Introduction. The Basic Textbook of the European Magnetic Resonance Forum. 12th edition, 2018/2020. BoD. ISBN 978-3-7460-9518-9.}}</ref> The factors leading to image contrast (differences in tissue relaxation time values) had been described nearly 20 years earlier by physician and scientist Erik Odeblad and Gunnar Lindström.<ref>{{cite journal | author=Odeblad E | author2=Lindström G | date=1955 | title=Some preliminary observations on the proton magnetic resonance in biological samples | pages=469–76 |journal=[[Acta Radiologica]] |volume=43 | issue=6 |doi=10.3109/00016925509172514| pmid=14398444 | doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal | author=Erik Odeblad | author2=Baidya Nath Bhar | author3=Gunnar Lindström | date=July 1956 | title=Proton magnetic resonance of human red blood cells in heavy water exchange experiments | pages=221–225 |journal=[[Archives of Biochemistry and Biophysics]] |volume=63 |issue=1 |doi=10.1016/0003-9861(56)90025-X | pmid=13341059}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://magnetic-resonance.org/print-version.html#offprint|title=Rinck, PA. Magnetic Resonance Imaging: The History of Magnetic Resonance Imaging. Free Offprint from Rinck PA. Magnetic Resonance in Medicine - A Critical Introduction. The Basic Textbook of the European Magnetic Resonance Forum. 12th edition, 2018/2020. BoD. ISBN 978-3-7460-9518-9.}}</ref> Among many other researchers in the late 1970s and 1980s, [[Peter Mansfield]] further refined the techniques used in MR image acquisition and processing, and in 2003 he and Lauterbur were awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine for their contributions to the development of MRI. The first clinical MRI scanners were installed in the early 1980s and significant development of the technology followed in the decades since, leading to its widespread use in medicine today. |
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Die '''Geschichte der Magnetresonanztomographie''' (MRT) umfasst die Arbeit vieler Forscher, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Entdeckung der Kernspinresonanz (NMR) beitrugen und die zugrunde liegende Physik der Magnetresonanztomographie beschrieben. Die MR-Bildgebung wurde von Paul C. Lauterbur erfunden, der im September 1971 einen Mechanismus zur Kodierung räumlicher Informationen in ein NMR-Signal unter Verwendung von Magnetfeldgradienten entwickelte; die Theorie dazu veröffentlichte er im März 1973. Die Faktoren, die zum Bildkontrast führen (Unterschiede in den Relaxationszeitwerten des Gewebes), waren fast 20 Jahre zuvor von den Ärzten und Wissenschaftlern Erik Odeblad und Gunnar Lindström beschrieben worden. Neben vielen anderen Forschern verfeinerte Peter Mansfield in den späten 1970er und 1980er Jahren die Techniken der MR-Bildaufnahme und -verarbeitung. 2003 erhielten er und Lauterbur den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Beiträge zur Entwicklung der MRT. Die ersten klinischen MRT-Scanner wurden in den frühen 1980er Jahren installiert, und in den folgenden Jahrzehnten wurde die Technologie erheblich weiterentwickelt, so dass sie heute in der Medizin weit verbreitet ist. |
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==Nuclear magnetic resonance== |
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In 1950, [[spin echoes]] and [[free induction decay]] were first detected by [[Erwin Hahn]]<ref name="hahn">{{cite journal| author = Hahn, E.L.| title = Spin echoes| journal = Physical Review| date = 1950| volume = 80| issue = 4| pages = 580–594| doi = 10.1103/PhysRev.80.580|bibcode = 1950PhRv...80..580H | s2cid = 46554313| url = https://semanticscholar.org/paper/0cdb1c90059c70cfb19cee5a247bc095b7577031}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hahn|first=E. L.|date=1950|title=Nuclear Induction Due to Free Larmor Precession|journal=Physical Review|volume=77|issue=2|pages=297–298|doi=10.1103/physrev.77.297.2|bibcode=1950PhRv...77..297H|s2cid=92995835|url=https://semanticscholar.org/paper/9176d11ee8f81f51b6adbafa934f3116ceb0b87f}}</ref> and in 1952, [[Herman Carr]] produced a one-dimensional NMR spectrum as reported in his Harvard PhD thesis.<ref>{{cite book |last1=Carr |first1=Herman |title=Free Precession Techniques in Nuclear Magnetic Resonance |type=PhD thesis |publisher=Harvard University |location=Cambridge, MA |date=1952 |oclc=76980558}}{{page needed|date=July 2013}}</ref><ref>{{cite journal |first=Herman Y. |last=Carr |date=July 2004 |title=Field Gradients in Early MRI |journal=Physics Today |volume=57 |issue=7 |doi=10.1063/1.1784322 |bibcode=2004PhT....57g..83C |page=83}}</ref><ref>{{cite encyclopedia | encyclopedia = Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance | volume = 1 | page = 253 | publisher = Wiley and Sons | location = Hoboken, NJ | date = 1996 | url = https://books.google.com/books?id=-OBvMgEACAAJ&q=Encyclopedia%20of%20Nuclear%20Magnetic%20Resonance}}</ref> |
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== Kernspinresonanz == |
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The next step (from spectra to imaging) was proposed by [[Vladislav Ivanov (physicist)|Vladislav Ivanov]] in [[Soviet Union]], who filed in 1960 a patent application for a Magnetic Resonance Imaging device.<ref>{{cite journal|author=MacWilliams B|date=November 2003|title=Russian claims first in magnetic imaging|journal=Nature|volume=426|issue=6965|page=375|bibcode=2003Natur.426..375M|doi=10.1038/426375a|pmid=14647349|doi-access=free}}</ref><ref>[https://web.archive.org/web/20050817144026/http://www.inauka.ru/science/article36826 ПРИВЕТ НОБЕЛЮ ОТ ИВАНОВА]</ref><ref>[http://www.findpatent.ru/byauthors/849010/ Patents by Ivan Vladislav]</ref> Ivanov's main contribution was the idea of using magnetic field gradient, combined with a selective frequency excitation/readout, to encode the spatial coordinates. In modern terms, it was only proton-density (not relaxation times) imaging, which was also slow, since only one gradient direction was used at a time and the imaging had to be done slice-by-slice. Nevertheless, it was a true Magnetic Resonance Imaging procedure. Originally rejected as "improbable", Ivanov's application was finally approved in 1984 (with the original priority date).<ref>{{cite web|url=http://www.inauka.ru/english/article36919.html|title=Best Regards to Alfred Nobel|archive-url=https://web.archive.org/web/20091213045234/http://www.inauka.ru/english/article36919.html|archive-date=2009-12-13|url-status=dead|access-date=2009-10-16}}</ref> |
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1950 wurden Spin-Echos und der freie Induktionszerfall erstmals von Erwin Hahn nachgewiesen, und 1952 erstellte Herman Carr ein eindimensionales NMR-Spektrum, über das er in seiner Harvard-Dissertation berichtete. |
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== Relaxation times and early development of MRI == |
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By 1959, Jay Singer had studied blood flow by NMR relaxation time measurements of blood in living humans.<ref>{{cite journal | author = Singer RJ | title = Blood-flow rates by NMR measurements | journal = Science | volume = 130 | issue = 3389| pages = 1652–1653 | date = 1959 |pmid=17781388| doi = 10.1126/science.130.3389.1652| bibcode =1959Sci...130.1652S | s2cid = 42127984 }}</ref><ref name="emrf" /> Such measurements were not introduced into common medical practice until the mid-1980s, although a patent for a whole-body NMR machine to measure blood flow in the human body was filed by Alexander Ganssen in early 1967.<ref name="History of MRI">[http://magnetic-resonance.org/ch/20-03.html History of MRI]</ref><ref name="emrf" /><ref>{{Patent|de|1566148}}</ref><ref>[http://www.siemens.com/history/en/news/1204_magnetom.htm First MAGNETOM scanner in the USA in 1983]</ref><ref>[http://www.pro-physik.de/details/articlePdf/1492009/issue.html Nachruf auf Alexander Ganssen]</ref> |
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Der nächste Schritt (von den Spektren zur Bildgebung) wurde von Vladislav Ivanov in der Sowjetunion vorgeschlagen, der 1960 ein Patent für ein Magnetresonanz-Bildgebungsgerät anmeldete. Ivanovs wichtigster Beitrag war die Idee, einen Magnetfeldgradienten in Kombination mit einer selektiven Frequenzanregung/einem selektiven Auslesen zu verwenden, um die räumlichen Koordinaten zu kodieren. Nach heutigen Maßstäben handelte es sich dabei nur um eine Bildgebung der Protonendichte (nicht der Relaxationszeiten), die zudem langsam war, da jeweils nur eine Gradientenrichtung verwendet wurde und die Bildgebung Schicht für Schicht erfolgen musste. Dennoch handelte es sich um ein echtes Kernspintomographieverfahren. Ursprünglich als "unwahrscheinlich" abgelehnt, wurde Ivanovs Antrag schließlich 1984 genehmigt (mit dem ursprünglichen Prioritätsdatum). |
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In the 1960s, the results of work on relaxation, diffusion, and chemical exchange of water in cells and tissues of various types appeared in the scientific literature.<ref name="History of MRI" /> In 1967, Ligon reported the measurement of NMR relaxation of water in the arms of living human subjects.<ref name="History of MRI" /> In 1968, Jackson and Langham published the first NMR signals from a living animal, an anesthetized rat.<ref name="History of MRI" /><ref>{{cite journal | author =Jackson JA | author2=Langham WH | title = Whole-body NMR spectrometer | journal =[[Review of Scientific Instruments]] | volume =39 | issue =4 | pages = 510–513 | date =April 1968 | pmid =5641806 | doi = 10.1063/1.1683420| bibcode =1968RScI...39..510J | url=https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1032131/ }}</ref> |
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== Entspannungszeiten und frühe Entwicklung der MRT == |
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In the 1970s, it was realized that the relaxation times are key determinants of contrast in MRI and can be used to detect and differentiate a range of pathologies. A number of research groups had showed that early cancer cells tended to exhibit longer relaxation times than their corresponding normal cells and as such stimulated initial interest in the idea of detecting cancer with NMR. These early groups include [[Raymond Damadian|Damadian]],<ref name="damadian1972" /> Hazlewood and [[Donald C. Chang|Chang]]<ref>{{Cite journal|last1=Hazelwood|first1=C. F.|last2=Chang|first2=D.C.|last3=Medina|first3=D.|last4=Cleveland|first4=G.|last5=Nichols|first5=B. L.|date=1972|title=Distinction between the preneoplastic and neoplastic state of murine mammary glands|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=69|issue=6|pages=1478–1480|issn=0027-8424|pmc=426730|pmid=4504364|doi=10.1073/pnas.69.6.1478|arxiv=1403.0914|bibcode=1972PNAS...69.1478H|doi-access=free}}</ref> and several others. |
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This also initiated a program to catalog the relaxation times of a wide range of biological tissues, which became one of the main motivations for the development of MRI |
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1959 hatte Jay Singer den Blutfluss durch NMR-Relaxationszeitmessungen des Blutes an lebenden Menschen untersucht. Solche Messungen wurden erst Mitte der 1980er Jahre in die medizinische Praxis eingeführt, obwohl Alexander Ganssen Anfang 1967 ein Patent für ein Ganzkörper-NMR-Gerät zur Messung des Blutflusses im menschlichen Körper angemeldet hatte. |
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.<ref>{{cite journal |
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In den 1960er Jahren erschienen in der wissenschaftlichen Literatur die Ergebnisse von Arbeiten über die Entspannung, die Diffusion und den chemischen Austausch von Wasser in Zellen und Geweben verschiedener Art. 1967 berichtete Ligon über die Messung der NMR-Relaxation von Wasser in den Armen von lebenden Menschen. Im Jahr 1968 veröffentlichten Jackson und Langham die ersten NMR-Signale von einem lebenden Tier, einer betäubten Ratte. |
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In den 1970er Jahren wurde erkannt, dass die Relaxationszeiten den Kontrast in der MRT entscheidend bestimmen und zur Erkennung und Unterscheidung einer Reihe von Krankheiten verwendet werden können. Eine Reihe von Forschergruppen hatte gezeigt, dass Krebszellen im Frühstadium tendenziell längere Relaxationszeiten aufweisen als die entsprechenden normalen Zellen, und damit das erste Interesse an der Idee geweckt, Krebs mit NMR zu erkennen. Zu diesen frühen Gruppen gehören Damadian, Hazlewood und Chang und einige andere. Dies war auch der Anstoß für ein Programm zur Katalogisierung der Relaxationszeiten eines breiten Spektrums biologischer Gewebe, das eine der Hauptmotivationen für die Entwicklung der MRT wurde.<ref>{{cite journal |
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[[File:Damadian invention.jpg|thumb|right|Raymond |
[[File:Damadian invention.jpg|thumb|right|Raymond Damadians "Gerät und Verfahren zum Nachweis von Krebs in Gewebe"]] |
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In a March 1971 paper in the journal ''[[Science (journal)|Science]]'',<ref name= "damadian1972">{{cite journal | author = Damadian R | title = Tumor detection by nuclear magnetic resonance | journal = Science | volume = 171 | issue = 3976 | pages = 1151–3 | date = March 1971 | pmid = 5544870 | doi = 10.1126/science.171.3976.1151 | bibcode = 1971Sci...171.1151D | s2cid = 31895129 }}</ref> [[Raymond Damadian]], an Armenian-American doctor and professor at the Downstate Medical Center [[State University of New York]] (SUNY), reported that [[tumor]]s and normal tissue can be distinguished ''[[in vivo]]'' by NMR. Damadian's initial methods were flawed for practical use,<ref name="SydneyMorningHerald">{{cite news | title = The man who did not win | date = 2003-10-17 | url = http://www.smh.com.au/articles/2003/10/16/1065917548433.html | publisher = Sydney Morning Herald | access-date = 2007-08-04 }}</ref> relying on a point-by-point scan of the entire body and using relaxation rates, which turned out not to be an effective indicator of cancerous tissue.<ref name="wallstjournal">{{cite news | title = Scan and Deliver | date = 2002-06-14 | url = http://opinionjournal.com/taste/?id=110001844l | publisher = Wall Street Journal | access-date = 2007-08-04 }}</ref> While researching the analytical properties of magnetic resonance, Damadian created a hypothetical magnetic resonance cancer-detecting machine in 1972. He patented such a machine, {{US patent|3789832}} on February 5, 1974.<ref>{{cite web|title=Apparatus And Method For Detecting Cancer In Tissue|publisher=United States Patent and Trademark Office|url=http://www.google.com/patents?id=--AZAAAAEBAJ&printsec=abstract#v=onepage&q&f=false}}</ref> Lawrence Bennett and Dr. Irwin Weisman also found in 1972 that [[neoplasms]] display different relaxation times than corresponding normal tissue.<ref>{{Cite web|url=https://www.nist.gov/director/nist-culture-excellence-article-9|title=NBS Examines a Mouse and Opens a New Medical Specialty|last=Schooley|first=Jim|date=2010|website=NIST|archive-url=https://web.archive.org/web/20171024100538/https://www.nist.gov/director/nist-culture-excellence-article-9|archive-date=2017-10-24|url-status=dead}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Weisman|first1=I. D.|last2=Bennett|first2=L. H.|last3=Maxwell|first3=L. R.|last4=Woods|first4=M. W.|last5=Burk|first5=D.|date=1972-12-22|title=Recognition of cancer in vivo by nuclear magnetic resonance|journal=Science|volume=178|issue=4067|pages=1288–1290|issn=0036-8075|pmid=4640065|bibcode=1972Sci...178.1288W|doi=10.1126/science.178.4067.1288|s2cid=8549657}}</ref> Zenuemon Abe and his colleagues applied the patent for a targeted NMR scanner, {{US patent|3932805}} on 1973.<ref>{{cite journal | author = Abe Z | author-link =:ja:阿部善右衛門|author2 = Tanaka K |author3 = Hotta M | title = Non-invasive measurements of biological information with application of NMR | journal =北海道大学応用電気研究所 報告 | volume =23 | issue =11 | date =1971 |url=https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicetr1965/10/3/10_3_290/_article/references }}</ref> They published this technique in 1974.<ref name="History of MRI"/><ref name="emrf">{{cite web|url=http://www.emrf.org/FAQs%20MRI%20History.html |title=A SHORT HISTORY OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING FROM A EUROPEAN POINT OF VIEW |publisher=emrf.org |access-date=2016-08-08 |url-status=bot: unknown |archive-url=https://web.archive.org/web/20070413032705/http://www.emrf.org/FAQs%20MRI%20History.html |archive-date=2007-04-13 }}</ref><ref>{{cite journal | author = Tanaka K |author2 = Yamada T |author3 = Shimizu T |author4 =Sano F |author5 = Abe Z | author-link5 =:ja:阿部善右衛門| title = Fundamental investigations (in vitro) for a non-invasive method of tumor detection by nuclear magnetic resonance | journal =Biotelemetry | volume =1 | issue = 6| pages = 337–350 | date =1974 |pmid = 4478948 }}</ref> Damadian claims to have invented the MRI.<ref>{{Cite web|url=http://kgov.com/broadcast/stream/4772/lo|title=The Inventor of the MRI on Real Science Radio|website=kgov.com|access-date=2016-09-25|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20160927072051/http://kgov.com/broadcast/stream/4772/lo|archive-date=2016-09-27}}</ref> |
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Im März 1971 berichtete Raymond Damadian, ein armenisch-amerikanischer Arzt und Professor am Downstate Medical Center der State University of New York (SUNY), in der Fachzeitschrift Science, dass sich Tumore und normales Gewebe in vivo durch NMR unterscheiden lassen. Damadians anfängliche Methoden waren für den praktischen Einsatz ungeeignet, da sie sich auf eine punktuelle Abtastung des gesamten Körpers und die Verwendung von Relaxationsraten stützten, die sich nicht als wirksamer Indikator für krebsartiges Gewebe erwiesen. Während er die analytischen Eigenschaften der magnetischen Resonanz erforschte, entwarf Damadian 1972 ein hypothetisches Magnetresonanzgerät zur Krebserkennung. Am 5. Februar 1974 ließ er ein solches Gerät patentieren (U.S. Patent 3,789,832). Lawrence Bennett und Dr. Irwin Weisman fanden ebenfalls 1972 heraus, dass Neoplasmen andere Relaxationszeiten aufweisen als das entsprechende normale Gewebe. Zenuemon Abe und seine Kollegen meldeten 1973 das Patent für einen gezielten NMR-Scanner an, U.S. Patent 3,932,805. Sie veröffentlichten diese Technik im Jahr 1974. Damadian behauptet, den MRT erfunden zu haben. |
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Die US National Science Foundation stellt fest: "Das Patent enthielt die Idee, den menschlichen Körper mit NMR zu 'scannen', um Krebsgewebe zu lokalisieren. Es beschrieb jedoch keine Methode zur Erzeugung von Bildern aus einem solchen Scan oder wie genau ein solcher Scan durchgeführt werden könnte. |
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== Bildgebung == |
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Paul Lauterbur von der Stony Brook University baute die Technik von Carr aus und entwickelte eine Methode zur Erzeugung der ersten MRT-Bilder in 2D und 3D unter Verwendung von Gradienten. Im Jahr 1973 veröffentlichte Lauterbur das erste Kernspinresonanzbild und im Januar 1974 das erste Querschnittsbild einer lebenden Maus. In den späten 1970er Jahren entwickelte Peter Mansfield, ein Physiker und Professor an der Universität Nottingham in England, die Echoplanar-Imaging-Technik (EPI), die dazu führte, dass Scans nur noch Sekunden statt Stunden dauerten und klarere Bilder als bei Lauterbur lieferten. Zusammen mit Larry Minkoff und Michael Goldsmith machte Damadian 1976 ein Bild von einem Tumor im Brustkorb einer Maus. Am 3. Juli 1977 führten sie außerdem den ersten MRT-Körperscan eines Menschen durch und veröffentlichten 1977 Studien. 1979 meldete Richard S. Likes ein Patent auf den K-Raum an (U.S. Patent 4,307,343). |
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== Ganzkörperscanning == |
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In den 1970er Jahren baute ein Team unter der Leitung von John Mallard den ersten Ganzkörper-MRT-Scanner an der Universität von Aberdeen in Schottland. Am 28. August 1980 wurde mit diesem Gerät das erste klinisch brauchbare Bild des inneren Gewebes eines Patienten mit Hilfe der MRT gewonnen, wobei ein Primärtumor in der Brust des Patienten, eine abnorme Leber und ein sekundärer Krebs in den Knochen festgestellt wurden. Dieses Gerät wurde später im St. Bartholomew's Hospital in London von 1983 bis 1993 eingesetzt. Mallard und seinem Team werden die technologischen Fortschritte zugeschrieben, die zur breiten Einführung der MRT führten. |
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1975 gründete die Radiologieabteilung der University of California, San Francisco, das Radiologic Imaging Laboratory (RIL). Mit Unterstützung von Pfizer, Diasonics und später Toshiba America MRI entwickelte das Labor neue Bildgebungstechnologien und installierte Systeme in den Vereinigten Staaten und weltweit. Im Jahr 1981 veröffentlichten RIL-Forscher, darunter Leon Kaufman und Lawrence Crooks, das Buch Nuclear Magnetic Resonance Imaging in Medicine. In den 1980er Jahren galt das Buch als das maßgebliche einführende Lehrbuch zu diesem Thema. |
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The US [[National Science Foundation]] notes "The patent included the idea of using NMR to 'scan' the human body to locate cancerous tissue."<ref>{{cite web|url=http://www.sri.com/policy/csted/reports/techin/mri3.html |title=NSF history |publisher=Sri.com |access-date=2011-11-28 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20120103150438/http://www.sri.com/policy/csted/reports/techin/mri3.html |archive-date=2012-01-03 }}</ref> However, it did not describe a method for generating pictures from such a scan or precisely how such a scan might be done.<ref name="latimes2003">{{cite news | title = Scientist Claims Exclusion From Nobel Prize for MRI | date = 2003-11-08 | url = http://articles.latimes.com/2003/oct/11/science/sci-flap11 | work = Los Angeles Times | access-date = 2013-02-13}}</ref><ref name="armenianreporter">{{cite news | title = Does Dr. Raymond Damadian Deserve the Nobel Prize for Medicine? | date = 2003-11-08 | url = http://www.highbeam.com/doc/1P1-89000528.html | archive-url = https://web.archive.org/web/20121106095044/http://www.highbeam.com/doc/1P1-89000528.html | url-status = dead | archive-date = 2012-11-06 | publisher = The Armenian Reporter | access-date = 2007-08-05}}</ref> |
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1980 kam Paul Bottomley zum GE-Forschungszentrum in Schenectady, New York. Sein Team bestellte den damals verfügbaren Magneten mit der höchsten Feldstärke, ein 1,5-T-System, und baute das erste Hochfeldgerät, wobei es Probleme mit dem Spulendesign, der HF-Durchdringung und dem Signal-Rausch-Verhältnis überwand, um den ersten Ganzkörper-MRT/MRS-Scanner zu bauen. Die Ergebnisse führten zu der äußerst erfolgreichen 1,5-T-MRT-Produktlinie, von der über 20.000 Systeme ausgeliefert wurden. 1982 führte Bottomley die erste lokalisierte MRS im menschlichen Herzen und Gehirn durch. Nachdem er eine Zusammenarbeit mit Robert Weiss an der Johns Hopkins Universität im Bereich der Herzanwendungen begonnen hatte, kehrte Bottomley 1994 als Russell Morgan Professor und Direktor der MR-Forschungsabteilung an die Universität zurück. |
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== Imaging == |
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[[Paul Lauterbur]] at [[Stony Brook University]] expanded on Carr's technique and developed a way to generate the first MRI images, in 2D and 3D, using gradients. In 1973, Lauterbur published the first nuclear magnetic resonance image<ref name="lauterbur" /><ref name="Filler2009b">{{cite journal | author = Filler A | title = Magnetic resonance neurography and diffusion tensor imaging: origins, history, and clinical impact of the first 50,000 cases with an assessment of efficacy and utility in a prospective 5000-patient study group | journal = Neurosurgery | volume = 65 | issue = 4 Suppl | pages = A29–43 | date = October 2009 | pmid = 19927075 | pmc = 2924821 | doi = 10.1227/01.NEU.0000351279.78110.00 }}</ref> and the first cross-sectional image of a living mouse in January 1974.<ref name="lauterbur2">{{cite journal |author=Lauterbur PC |date=1974 |title=Magnetic resonance zeugmatography |journal=[[Pure and Applied Chemistry]] |volume=40 |issue=1–2 |pages=149–57 |doi=10.1351/pac197440010149|s2cid=53347935 }}</ref> In the late 1970s, [[Peter Mansfield]], a physicist and professor at the [[University of Nottingham]], [[England]], developed the [[echo-planar imaging]] (EPI) technique that would lead to scans taking seconds rather than hours and produce clearer images than Lauterbur had.<ref name="Mansfield-EPI">{{cite journal |author=Mansfield P |author2=Grannell, P |date=1975 |title=Diffraction and microscopy in solids and liquids by NMR |journal=Physical Review B |volume=12 |number=9 |pages=3618–3634 |doi= 10.1103/physrevb.12.3618 |bibcode = 1975PhRvB..12.3618M }}</ref> Damadian, along with Larry Minkoff and Michael Goldsmith, obtained an image of a tumor in the thorax of a mouse in 1976.<ref name="damadian">{{cite journal | author = Damadian R | author2 = Minkoff L | author3 = Goldsmith M | author4 = Stanford M | author5 = Koutcher J | title = Field focusing nuclear magnetic resonance (FONAR): visualization of a tumor in a live animal | journal = Science | volume = 194 | issue = 4272 | pages = 1430–2 | date = 1976 | pmid = 1006309 | doi=10.1126/science.1006309|bibcode = 1976Sci...194.1430D }}</ref> They also performed the first MRI body scan of a human being on July 3, 1977,<ref>{{cite web|title=First MRI and ultrasound scanning |publisher=Benjamin S. Beck |url=http://benbeck.co.uk/firsts/scanning.htm |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20111120221919/http://benbeck.co.uk/firsts/scanning.htm |archive-date=2011-11-20 }}</ref><ref>{{cite web|title=The "Indomitable" MRI |publisher=Smithsonian Institution |url=http://www.smithsonianmag.com/science-nature/object_jun00.html?c=y&page=2 |archive-url=https://archive.today/20120909191216/http://www.smithsonianmag.com/science-nature/object_jun00.html?c=y&page=2 |url-status=dead |archive-date=2012-09-09 }}</ref> studies they published in 1977.<ref name="damadian" /><ref name="hinshaw">{{cite journal | author = Hinshaw WS | author2 = Bottomley PA | author3 = Holland GN | title = Radiographic thin-section image of the human wrist by nuclear magnetic resonance | journal = Nature | volume = 270 | issue = 5639 | pages = 722–3 | date = 1977 | pmid = 593393 | doi = 10.1038/270722a0 | bibcode = 1977Natur.270..722H | s2cid = 4183336 }}</ref> In 1979, Richard S. Likes filed a patent on k-space {{US patent|4307343}}. |
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== Zusätzliche Techniken == |
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During the 1970s a team led by [[John Mallard]] built the first full-body MRI scanner at the [[University of Aberdeen]] in [[Scotland]].<ref>{{cite web |title=Celebrated scientist donates medal collection |url = http://www.abdn.ac.uk/news/3095/ |author = University of Aberdeen}}</ref> On 28 August 1980 they used this machine to obtain the first clinically useful image of a patient's internal tissues using MRI, which identified a primary tumour in the patient's chest, an abnormal liver, and secondary cancer in his bones.<ref>{{cite web |title=JOHN MALLARD |url = http://www.bshr.org.uk/mallard.html}}</ref> This machine was later used at [[St Bartholomew's Hospital]], in London, from 1983 to 1993. Mallard and his team are credited for technological advances that led to the widespread introduction of MRI.<ref>{{cite web|url=http://www.sciencemuseum.org.uk/broughttolife/objects/display.aspx?id=6765|title=Science Museum|website=sciencemuseum.org.uk}}</ref> |
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1986 entwickelten Charles L. Dumoulin und Howard R. Hart bei General Electric die MR-Angiographie, und Denis Le Bihan machte die ersten Bilder und patentierte später die Diffusions-MRT. 1988 zeigten Arno Villringer und Kollegen, dass Suszeptibilitätskontrastmittel in der Perfusions-MRT eingesetzt werden können. 1990 erkannte Seiji Ogawa von AT&T Bell Labs, dass sauerstoffarmes Blut mit dHb von einem Magnetfeld angezogen wird, und entdeckte die Technik, die der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) zugrunde liegt. |
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In 1975, the [[University of California, San Francisco]] Radiology Department founded the Radiologic Imaging Laboratory (RIL).<ref>{{cite web|url=http://ucsfcat.library.ucsf.edu/record=b1446128~S0|title=UCSF Library|website=ucsf.edu}}</ref> With the support of Pfizer, Diasonics, and later Toshiba America MRI, the lab developed new imaging technology and installed systems in the United States and worldwide.<ref>http://www.oac.cdlib.org/findaid/ark:/13030/kt3199s1qf/admin/#ref732 Lawrence Crooks Radiologic Imaging Laboratory Records</ref> In 1981 RIL researchers, including Leon Kaufman and Lawrence Crooks, published ''Nuclear Magnetic Resonance Imaging in Medicine''. In the 1980s the book was considered the definitive introductory textbook to the subject.<ref>{{cite web|url=http://jama.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=391568|title=JAMA Network – JAMA – Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Imaging|date=17 February 1984|website=jamanetwork.com}}</ref> |
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In den frühen 1990er Jahren veröffentlichten Peter Basser und Le Bihan, die am NIH arbeiteten, sowie Aaron Filler, Franklyn Howe und Kollegen die ersten DTI- und traktografischen Gehirnbilder. Joseph Hajnal, Young und Graeme Bydder beschrieben 1992 die Verwendung der FLAIR-Impulssequenz zur Darstellung signalreicher Regionen in der normalen weißen Substanz. Im selben Jahr wurde von John Detre und Alan P. Koretsky das arterielle Spin Labelling entwickelt. 1997 entwickelten Jürgen R. Reichenbach, E. Mark Haacke und Mitarbeiter der Universität Washington die empfindlichkeitsgewichtete Bildgebung. |
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In 1980 [[Paul Bottomley (scientist)|Paul Bottomley]] joined the GE Research Center in Schenectady, New York. His team ordered the highest field-strength magnet then available, a 1.5 [[tesla (unit)|T]] system, and built the first high-field device, overcoming problems of coil design, RF penetration and signal-to-noise ratio to build the first whole-body MRI/MRS scanner.<ref name=sijbers_snr>{{cite journal | author = Sijbers J | author2 = Scheunders P | author3 = Bonnet N | author4 = Van Dyck D | author5 = Raman E | title = Quantification and improvement of the signal-to-noise ratio in a magnetic resonance image acquisition procedure | journal = Magn Reson Imaging | volume = 14 | issue = 10 | pages = 1157–63 | date = 1996 | pmid = 9065906 | doi = 10.1016/S0730-725X(96)00219-6 | citeseerx = 10.1.1.20.3169 }}</ref> The results translated into the highly successful 1.5 T MRI product-line, delivering over 20,000 systems. In 1982, Bottomley performed the first localized MRS in the human heart and brain. After starting a collaboration on heart applications with Robert Weiss at Johns Hopkins, Bottomley returned to the university in 1994 as Russell Morgan Professor and director of the MR Research Division.<ref>{{cite web|title=BIOGRAPHICAL SKETCH |url=http://icmic.rad.jhmi.edu/icmicpersonnel/BIOBottomleyP.pdf |access-date=May 20, 2012 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20100704211756/http://icmic.rad.jhmi.edu/icmicpersonnel/BIOBottomleyP.pdf |archive-date=July 4, 2010 }}{{full citation needed|date=July 2013}}</ref> |
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Fortschritte in der Halbleitertechnologie waren entscheidend für die Entwicklung der praktischen MRT, die eine große Rechenleistung erfordert. |
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== Additional techniques == |
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In 1986, Charles L. Dumoulin and Howard R. Hart at [[General Electric]] developed [[MR angiography]]<ref name="popular1987">{{cite journal | title = Blood-flow checker | journal = Popular Science | pages = 12 | date = 1987 | url= https://books.google.com/books?id=IAEAAAAAMBAJ&pg=PA12}}</ref> and [[Denis Le Bihan]], obtained the first images and later patented [[diffusion MRI]].<ref>{{cite journal|last=Le Bihan|first=D|author2=Breton E.|title= Method to Measure the Molecular Diffusion and/or Perfusion Parameters of Live Tissue |journal= US Patent # 4,809,701|year=1987}}</ref> In 1988, [[Arno Villringer]] and colleagues demonstrated that susceptibility [[MRI contrast agent|contrast agents]] may be employed in [[perfusion MRI]].<ref>{{Cite journal|last1=Villringer|first1=A.|last2=Rosen|first2=B. R.|last3=Belliveau|first3=J. W.|last4=Ackerman|first4=J. L.|last5=Lauffer|first5=R. B.|last6=Buxton|first6=R. B.|last7=Chao|first7=Y. S.|last8=Wedeen|first8=V. J.|last9=Brady|first9=T. J.|date=February 1988|title=Dynamic imaging with lanthanide chelates in normal brain: contrast due to magnetic susceptibility effects|journal=Magnetic Resonance in Medicine|volume=6|issue=2|pages=164–174|issn=0740-3194|pmid=3367774|doi=10.1002/mrm.1910060205|s2cid=41228095}}</ref> In 1990, [[Seiji Ogawa]] at [[Bell Labs|AT&T Bell labs]] recognized that oxygen-depleted blood with dHb was attracted to a magnetic field, and discovered the technique that underlies [[Functional Magnetic Resonance Imaging]] (fMRI).<ref name="Faro2010">{{cite book|last1=Faro|first1=Scott H.|last2=Mohamed|first2=Feroze B|title=Bold fMRI. a guide to functional imaging for neuroscientists|url=https://books.google.com/books?id=MkjTO4wx-bkC |
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|access-date=10 June 2015|date=2010-01-15|publisher=Springer|isbn=978-1-4419-1328-9}}</ref> |
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Obwohl die MRT in der Klinik meist bei 1,5 T durchgeführt wird, gewinnen höhere Felder wie 3 T für die klinische Bildgebung und neuerdings 7 T für Forschungszwecke wegen ihrer höheren Empfindlichkeit und Auflösung an Beliebtheit. In Forschungslabors wurden Humanstudien bei 9,4 T (2006) und bis zu 10,5 T (2019) durchgeführt. Studien an nicht-menschlichen Tieren wurden mit bis zu 21,1 T durchgeführt. |
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In the early 1990s, Peter Basser and Le Bihan working at [[NIH]],<ref>{{Cite book|last=Basser|first=Peter J.|pages=730–740|language=en|doi=10.1093/med/9780195369779.003.0047|title = Diffusion MRI|year = 2010|isbn = 9780195369779|chapter = Invention and Development of Diffusion Tensor MRI (DT-MRI or DTI) at the NIH|citeseerx = 10.1.1.645.9604}}</ref> and Aaron Filler, Franklyn Howe and colleagues published the first DTI and [[Tractography|tractographic]] brain images.<ref>{{Cite journal|last1=Howe|first1=F. A.|last2=Filler|first2=A. G.|last3=Bell|first3=B. A.|last4=Griffiths|first4=J. R.|date=December 1992|title=Magnetic resonance neurography|journal=Magnetic Resonance in Medicine|volume=28|issue=2|pages=328–338|issn=0740-3194|pmid=1461131|doi=10.1002/mrm.1910280215|s2cid=36417513}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Filler|first1=A. G.|last2=Howe|first2=F. A.|last3=Hayes|first3=C. E.|last4=Kliot|first4=M.|last5=Winn|first5=H. R.|last6=Bell|first6=B. A.|last7=Griffiths|first7=J. R.|last8=Tsuruda|first8=J. S.|date=1993-03-13|title=Magnetic resonance neurography|journal=Lancet|volume=341|issue=8846|pages=659–661|issn=0140-6736|pmid=8095572|doi=10.1016/0140-6736(93)90422-D|s2cid=24795253}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Filler|first=Aaron|date=2009-10-01|journal=Neurosurgery|volume=65|issue=suppl_4|pages=A29–A43|doi=10.1227/01.neu.0000351279.78110.00|pmid=19927075|issn=0148-396X|pmc=2924821|title=Magnetic Resonance Neurography and Diffusion Tensor Imaging}}</ref> Joseph Hajnal, Young and Graeme Bydder described the use of [[Fluid-attenuated inversion recovery|FLAIR]] pulse sequence to demonstrate high signal regions in normal white matter in 1992.<ref>{{Cite journal|last1=Hajnal|first1=J. V.|last2=De Coene|first2=B.|last3=Lewis|first3=P. D.|last4=Baudouin|first4=C. J.|last5=Cowan|first5=F. M.|last6=Pennock|first6=J. M.|last7=Young|first7=I. R.|last8=Bydder|first8=G. M.|date=July 1992|title=High signal regions in normal white matter shown by heavily T2-weighted CSF nulled IR sequences|journal=Journal of Computer Assisted Tomography|volume=16|issue=4|pages=506–513|issn=0363-8715|pmid=1629405|doi=10.1097/00004728-199207000-00002|s2cid=42727826}}</ref> In the same year, [[arterial spin labelling]] was developed by John Detre and Alan P. Koretsky.<ref>{{cite journal | vauthors = Koretsky AP | title = Early development of arterial spin labeling to measure regional brain blood flow by MRI | journal = NeuroImage | volume = 62 | issue = 2 | pages = 602–7 | date = August 2012 | pmid = 22245338 | pmc = 4199083 | doi = 10.1016/j.neuroimage.2012.01.005 }}</ref> In 1997, Jürgen R. Reichenbach, E. Mark Haacke and coworkers at [[Washington University]] developed [[Susceptibility weighted imaging]].<ref name="reichenbach1997">{{cite journal |vauthors= Reichenbach JR, Venkatesan R, Schillinger DJ, Kido DK, and Haacke EM | title = Small vessels in the human brain: MR venography with deoxyhemoglobin as an intrinsic contrast agent | journal = Radiology | volume = 204 | issue = 1 | pages = 272–277 | date = 1997 | pmid = 9205259 | doi = 10.1148/radiology.204.1.9205259 }}</ref> |
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== Bildgebung am Krankenbett == |
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Advances in [[semiconductor]] technology were crucial to the development of practical MRI, which requires a large amount of [[computational power]].<ref>{{cite book |last1=Rosenblum |first1=Bruce |last2=Kuttner |first2=Fred |title=Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness |date=2011 |publisher=[[Oxford University Press]] |isbn=9780199792955 |page=127 |url=https://books.google.com/books?id=I9kGFX1_oGAC&pg=PT127}}</ref> |
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Im Jahr 2020 erteilte die US Food and Drug Administration (USFDA) eine 510(k)-Zulassung für das bettseitige MRT-System von Hyperfine Research. Das Hyperfine-System soll nur 1/20 der Kosten, 1/35 des Stromverbrauchs und 1/10 des Gewichts herkömmlicher MRT-Systeme betragen. Es wird über eine normale Steckdose mit Strom versorgt. |
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Although MRI is most commonly performed in the clinic at 1.5 T, higher fields such as 3 T for clinical imaging and more recently 7 T for research purposes are gaining popularity because of their increased sensitivity and resolution. In research laboratories, human studies have been performed at 9.4 T (2006)<ref>{{cite journal | display-authors = 9 | author = Vaughan T | author2 = DelaBarre L | author3 = Snyder C | author4 = Tian J | author5 = Akgun C | author6 = Shrivastava D | author7 = Liu W | author8 = Olson C | author9 = Adriany G | author10 = Strupp J | author11 = Andersen P | author12 = Gopinath A | author13 = van de Moortele PF | author14 = Garwood M | author15 = Ugurbil K | title = 9.4T human MRI: preliminary results | journal = Magn Reson Med | volume = 56 | issue = 6 | pages = 1274–82 | date = December 2006 | pmid = 17075852 | doi = 10.1002/mrm.21073 | pmc=4406343}}</ref> and up to 10.5 T (2019).<ref>{{Cite journal|last1=Sadeghi‐Tarakameh|first1=Alireza|last2=DelaBarre|first2=Lance|last3=Lagore|first3=Russell L.|last4=Torrado‐Carvajal|first4=Angel|last5=Wu|first5=Xiaoping|last6=Grant|first6=Andrea|last7=Adriany|first7=Gregor|last8=Metzger|first8=Gregory J.|last9=Van de Moortele|first9=Pierre‐Francois|last10=Ugurbil|first10=Kamil|last11=Atalar|first11=Ergin|date=2019-11-21|title=In vivo human head MRI at 10.5T: A radiofrequency safety study and preliminary imaging results|journal=Magnetic Resonance in Medicine|language=en|pages=484–496|doi=10.1002/mrm.28093|pmid=31751499|issn=0740-3194|volume=84|issue=1|pmc=7695227|s2cid=208226414|hdl=11693/53263|hdl-access=free}}</ref> [[Non-human animal]] studies have been performed at up to 21.1 T.<ref>{{cite journal | author = Qian C | author2 = Masad IS | author3 = Rosenberg JT | author4 = Elumalai M | author5 = Brey WW | author6 = Grant SC | author7 = Gor'kov PL | title = A volume birdcage coil with an adjustable sliding tuner ring for neuroimaging in high field vertical magnets: ex and in vivo applications at 21.1T | journal = J. Magn. Reson. | volume = 221 | pages = 110–6 | date = August 2012 | pmid = 22750638 | doi = 10.1016/j.jmr.2012.05.016 | bibcode = 2012JMagR.221..110Q | pmc=4266482}}</ref> |
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== Nobelpreis 2003 == |
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In 2020, the United States [[Food and Drug Administration]] (USFDA) proffered 510(k)<ref>{{Cite web | url=https://www.fda.gov/medical-devices/device-approvals-denials-and-clearances/510k-clearances | title=510(k) Clearances {{!}} FDA | publisher=U.S. Food and Drug Administration | date=2018-04-19 | access-date=2021-03-05}}</ref> approval of Hyperfine Research's bedside MRI system. The Hyperfine system claims 1/20th the cost, 1/35th the power consumption, and 1/10th the weight of conventional MRI systems.<ref>{{Cite web|url=https://www.nextbigfuture.com/2020/02/first-bedside-mri-provides-images-in-2-minutes-instead-of-hours.html|title=First Bedside MRI Provides Images in 2 Minutes Instead of Hours – NextBigFuture.com|last=Wang|first=Brian|website=www.nextbigfuture.com|language=en-US|access-date=2020-02-23}}</ref> It uses a standard electrical outlet for power.<ref>{{Cite web|url=https://www.medicaldevice-network.com/news/fda-hyperfine-research-mri/|title=US FDA grants 510(k) clearance to Hyperfine Research MRI system|date=2020-02-13|website=Verdict Medical Devices|language=en-GB|access-date=2020-02-23}}</ref> |
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In Anbetracht der grundlegenden Bedeutung und Anwendbarkeit der MRT in der Medizin wurde Paul Lauterbur von der University of Illinois in Urbana-Champaign und Sir Peter Mansfield von der University of Nottingham der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2003 für ihre "Entdeckungen auf dem Gebiet der Magnetresonanztomographie" verliehen. Der Nobelpreis würdigt Lauterburs Erkenntnis, Magnetfeldgradienten zur Bestimmung der räumlichen Lokalisierung zu nutzen, eine Entdeckung, die die Erfassung von 3D- und 2D-Bildern ermöglichte. Mansfield wurde für die Einführung des mathematischen Formalismus und die Entwicklung von Techniken zur effizienten Nutzung von Gradienten und zur schnellen Bildgebung geehrt. Die preisgekrönten Forschungsarbeiten wurden fast 30 Jahre zuvor durchgeführt, als Paul Lauterbur noch Professor am Fachbereich Chemie der Stony Brook University in New York war. |
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==2003 Nobel Prize== |
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Reflecting the fundamental importance and applicability of MRI in medicine, [[Paul Lauterbur]] of the [[University of Illinois at Urbana–Champaign]] and [[Peter Mansfield|Sir Peter Mansfield]] of the [[University of Nottingham]] were awarded the 2003 [[Nobel Prize in Physiology or Medicine]] for their "discoveries concerning magnetic resonance imaging". The Nobel citation acknowledged Lauterbur's insight of using magnetic field gradients to determine spatial localization, a discovery that allowed the acquisition of 3D and 2D images. Mansfield was credited with introducing the mathematical formalism and developing techniques for efficient gradient utilization and fast imaging. The research that won the Prize was done almost 30 years earlier while Paul Lauterbur was a professor in the Department of Chemistry at [[Stony Brook University]] in [[New York (state)|New York]].<ref name="lauterbur" /> |
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== Einzelnachweise == |
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==References== |
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== External links == |
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[[Kategorie:Neurophysiologie]] |
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Version vom 7. November 2021, 08:54 Uhr
Die Geschichte der Magnetresonanztomographie (MRT) umfasst die Arbeit vieler Forscher, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Entdeckung der Kernspinresonanz (NMR) beitrugen und die zugrunde liegende Physik der Magnetresonanztomographie beschrieben. Die MR-Bildgebung wurde von Paul C. Lauterbur erfunden, der im September 1971 einen Mechanismus zur Kodierung räumlicher Informationen in ein NMR-Signal unter Verwendung von Magnetfeldgradienten entwickelte; die Theorie dazu veröffentlichte er im März 1973. Die Faktoren, die zum Bildkontrast führen (Unterschiede in den Relaxationszeitwerten des Gewebes), waren fast 20 Jahre zuvor von den Ärzten und Wissenschaftlern Erik Odeblad und Gunnar Lindström beschrieben worden. Neben vielen anderen Forschern verfeinerte Peter Mansfield in den späten 1970er und 1980er Jahren die Techniken der MR-Bildaufnahme und -verarbeitung. 2003 erhielten er und Lauterbur den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Beiträge zur Entwicklung der MRT. Die ersten klinischen MRT-Scanner wurden in den frühen 1980er Jahren installiert, und in den folgenden Jahrzehnten wurde die Technologie erheblich weiterentwickelt, so dass sie heute in der Medizin weit verbreitet ist.
Kernspinresonanz
1950 wurden Spin-Echos und der freie Induktionszerfall erstmals von Erwin Hahn nachgewiesen, und 1952 erstellte Herman Carr ein eindimensionales NMR-Spektrum, über das er in seiner Harvard-Dissertation berichtete.
Der nächste Schritt (von den Spektren zur Bildgebung) wurde von Vladislav Ivanov in der Sowjetunion vorgeschlagen, der 1960 ein Patent für ein Magnetresonanz-Bildgebungsgerät anmeldete. Ivanovs wichtigster Beitrag war die Idee, einen Magnetfeldgradienten in Kombination mit einer selektiven Frequenzanregung/einem selektiven Auslesen zu verwenden, um die räumlichen Koordinaten zu kodieren. Nach heutigen Maßstäben handelte es sich dabei nur um eine Bildgebung der Protonendichte (nicht der Relaxationszeiten), die zudem langsam war, da jeweils nur eine Gradientenrichtung verwendet wurde und die Bildgebung Schicht für Schicht erfolgen musste. Dennoch handelte es sich um ein echtes Kernspintomographieverfahren. Ursprünglich als "unwahrscheinlich" abgelehnt, wurde Ivanovs Antrag schließlich 1984 genehmigt (mit dem ursprünglichen Prioritätsdatum).
Entspannungszeiten und frühe Entwicklung der MRT
1959 hatte Jay Singer den Blutfluss durch NMR-Relaxationszeitmessungen des Blutes an lebenden Menschen untersucht. Solche Messungen wurden erst Mitte der 1980er Jahre in die medizinische Praxis eingeführt, obwohl Alexander Ganssen Anfang 1967 ein Patent für ein Ganzkörper-NMR-Gerät zur Messung des Blutflusses im menschlichen Körper angemeldet hatte.
In den 1960er Jahren erschienen in der wissenschaftlichen Literatur die Ergebnisse von Arbeiten über die Entspannung, die Diffusion und den chemischen Austausch von Wasser in Zellen und Geweben verschiedener Art. 1967 berichtete Ligon über die Messung der NMR-Relaxation von Wasser in den Armen von lebenden Menschen. Im Jahr 1968 veröffentlichten Jackson und Langham die ersten NMR-Signale von einem lebenden Tier, einer betäubten Ratte.
In den 1970er Jahren wurde erkannt, dass die Relaxationszeiten den Kontrast in der MRT entscheidend bestimmen und zur Erkennung und Unterscheidung einer Reihe von Krankheiten verwendet werden können. Eine Reihe von Forschergruppen hatte gezeigt, dass Krebszellen im Frühstadium tendenziell längere Relaxationszeiten aufweisen als die entsprechenden normalen Zellen, und damit das erste Interesse an der Idee geweckt, Krebs mit NMR zu erkennen. Zu diesen frühen Gruppen gehören Damadian, Hazlewood und Chang und einige andere. Dies war auch der Anstoß für ein Programm zur Katalogisierung der Relaxationszeiten eines breiten Spektrums biologischer Gewebe, das eine der Hauptmotivationen für die Entwicklung der MRT wurde.[1]
Im März 1971 berichtete Raymond Damadian, ein armenisch-amerikanischer Arzt und Professor am Downstate Medical Center der State University of New York (SUNY), in der Fachzeitschrift Science, dass sich Tumore und normales Gewebe in vivo durch NMR unterscheiden lassen. Damadians anfängliche Methoden waren für den praktischen Einsatz ungeeignet, da sie sich auf eine punktuelle Abtastung des gesamten Körpers und die Verwendung von Relaxationsraten stützten, die sich nicht als wirksamer Indikator für krebsartiges Gewebe erwiesen. Während er die analytischen Eigenschaften der magnetischen Resonanz erforschte, entwarf Damadian 1972 ein hypothetisches Magnetresonanzgerät zur Krebserkennung. Am 5. Februar 1974 ließ er ein solches Gerät patentieren (U.S. Patent 3,789,832). Lawrence Bennett und Dr. Irwin Weisman fanden ebenfalls 1972 heraus, dass Neoplasmen andere Relaxationszeiten aufweisen als das entsprechende normale Gewebe. Zenuemon Abe und seine Kollegen meldeten 1973 das Patent für einen gezielten NMR-Scanner an, U.S. Patent 3,932,805. Sie veröffentlichten diese Technik im Jahr 1974. Damadian behauptet, den MRT erfunden zu haben.
Die US National Science Foundation stellt fest: "Das Patent enthielt die Idee, den menschlichen Körper mit NMR zu 'scannen', um Krebsgewebe zu lokalisieren. Es beschrieb jedoch keine Methode zur Erzeugung von Bildern aus einem solchen Scan oder wie genau ein solcher Scan durchgeführt werden könnte.
Bildgebung
Paul Lauterbur von der Stony Brook University baute die Technik von Carr aus und entwickelte eine Methode zur Erzeugung der ersten MRT-Bilder in 2D und 3D unter Verwendung von Gradienten. Im Jahr 1973 veröffentlichte Lauterbur das erste Kernspinresonanzbild und im Januar 1974 das erste Querschnittsbild einer lebenden Maus. In den späten 1970er Jahren entwickelte Peter Mansfield, ein Physiker und Professor an der Universität Nottingham in England, die Echoplanar-Imaging-Technik (EPI), die dazu führte, dass Scans nur noch Sekunden statt Stunden dauerten und klarere Bilder als bei Lauterbur lieferten. Zusammen mit Larry Minkoff und Michael Goldsmith machte Damadian 1976 ein Bild von einem Tumor im Brustkorb einer Maus. Am 3. Juli 1977 führten sie außerdem den ersten MRT-Körperscan eines Menschen durch und veröffentlichten 1977 Studien. 1979 meldete Richard S. Likes ein Patent auf den K-Raum an (U.S. Patent 4,307,343).
Ganzkörperscanning
In den 1970er Jahren baute ein Team unter der Leitung von John Mallard den ersten Ganzkörper-MRT-Scanner an der Universität von Aberdeen in Schottland. Am 28. August 1980 wurde mit diesem Gerät das erste klinisch brauchbare Bild des inneren Gewebes eines Patienten mit Hilfe der MRT gewonnen, wobei ein Primärtumor in der Brust des Patienten, eine abnorme Leber und ein sekundärer Krebs in den Knochen festgestellt wurden. Dieses Gerät wurde später im St. Bartholomew's Hospital in London von 1983 bis 1993 eingesetzt. Mallard und seinem Team werden die technologischen Fortschritte zugeschrieben, die zur breiten Einführung der MRT führten.
1975 gründete die Radiologieabteilung der University of California, San Francisco, das Radiologic Imaging Laboratory (RIL). Mit Unterstützung von Pfizer, Diasonics und später Toshiba America MRI entwickelte das Labor neue Bildgebungstechnologien und installierte Systeme in den Vereinigten Staaten und weltweit. Im Jahr 1981 veröffentlichten RIL-Forscher, darunter Leon Kaufman und Lawrence Crooks, das Buch Nuclear Magnetic Resonance Imaging in Medicine. In den 1980er Jahren galt das Buch als das maßgebliche einführende Lehrbuch zu diesem Thema.
1980 kam Paul Bottomley zum GE-Forschungszentrum in Schenectady, New York. Sein Team bestellte den damals verfügbaren Magneten mit der höchsten Feldstärke, ein 1,5-T-System, und baute das erste Hochfeldgerät, wobei es Probleme mit dem Spulendesign, der HF-Durchdringung und dem Signal-Rausch-Verhältnis überwand, um den ersten Ganzkörper-MRT/MRS-Scanner zu bauen. Die Ergebnisse führten zu der äußerst erfolgreichen 1,5-T-MRT-Produktlinie, von der über 20.000 Systeme ausgeliefert wurden. 1982 führte Bottomley die erste lokalisierte MRS im menschlichen Herzen und Gehirn durch. Nachdem er eine Zusammenarbeit mit Robert Weiss an der Johns Hopkins Universität im Bereich der Herzanwendungen begonnen hatte, kehrte Bottomley 1994 als Russell Morgan Professor und Direktor der MR-Forschungsabteilung an die Universität zurück.
Zusätzliche Techniken
1986 entwickelten Charles L. Dumoulin und Howard R. Hart bei General Electric die MR-Angiographie, und Denis Le Bihan machte die ersten Bilder und patentierte später die Diffusions-MRT. 1988 zeigten Arno Villringer und Kollegen, dass Suszeptibilitätskontrastmittel in der Perfusions-MRT eingesetzt werden können. 1990 erkannte Seiji Ogawa von AT&T Bell Labs, dass sauerstoffarmes Blut mit dHb von einem Magnetfeld angezogen wird, und entdeckte die Technik, die der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) zugrunde liegt.
In den frühen 1990er Jahren veröffentlichten Peter Basser und Le Bihan, die am NIH arbeiteten, sowie Aaron Filler, Franklyn Howe und Kollegen die ersten DTI- und traktografischen Gehirnbilder. Joseph Hajnal, Young und Graeme Bydder beschrieben 1992 die Verwendung der FLAIR-Impulssequenz zur Darstellung signalreicher Regionen in der normalen weißen Substanz. Im selben Jahr wurde von John Detre und Alan P. Koretsky das arterielle Spin Labelling entwickelt. 1997 entwickelten Jürgen R. Reichenbach, E. Mark Haacke und Mitarbeiter der Universität Washington die empfindlichkeitsgewichtete Bildgebung.
Fortschritte in der Halbleitertechnologie waren entscheidend für die Entwicklung der praktischen MRT, die eine große Rechenleistung erfordert.
Obwohl die MRT in der Klinik meist bei 1,5 T durchgeführt wird, gewinnen höhere Felder wie 3 T für die klinische Bildgebung und neuerdings 7 T für Forschungszwecke wegen ihrer höheren Empfindlichkeit und Auflösung an Beliebtheit. In Forschungslabors wurden Humanstudien bei 9,4 T (2006) und bis zu 10,5 T (2019) durchgeführt. Studien an nicht-menschlichen Tieren wurden mit bis zu 21,1 T durchgeführt.
Bildgebung am Krankenbett
Im Jahr 2020 erteilte die US Food and Drug Administration (USFDA) eine 510(k)-Zulassung für das bettseitige MRT-System von Hyperfine Research. Das Hyperfine-System soll nur 1/20 der Kosten, 1/35 des Stromverbrauchs und 1/10 des Gewichts herkömmlicher MRT-Systeme betragen. Es wird über eine normale Steckdose mit Strom versorgt.
Nobelpreis 2003
In Anbetracht der grundlegenden Bedeutung und Anwendbarkeit der MRT in der Medizin wurde Paul Lauterbur von der University of Illinois in Urbana-Champaign und Sir Peter Mansfield von der University of Nottingham der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2003 für ihre "Entdeckungen auf dem Gebiet der Magnetresonanztomographie" verliehen. Der Nobelpreis würdigt Lauterburs Erkenntnis, Magnetfeldgradienten zur Bestimmung der räumlichen Lokalisierung zu nutzen, eine Entdeckung, die die Erfassung von 3D- und 2D-Bildern ermöglichte. Mansfield wurde für die Einführung des mathematischen Formalismus und die Entwicklung von Techniken zur effizienten Nutzung von Gradienten und zur schnellen Bildgebung geehrt. Die preisgekrönten Forschungsarbeiten wurden fast 30 Jahre zuvor durchgeführt, als Paul Lauterbur noch Professor am Fachbereich Chemie der Stony Brook University in New York war.
Einzelnachweise
- ↑ Donald Plewes, Walter Kucharczyk: Physics of MRI: A Primer. In: JMRI. 35. Jahrgang, Nr. 5, 2012, S. 1038–1054, doi:10.1002/jmri.23642, PMID 22499279 (wiley.com).