Bei Magnetresonanzmessungen kann wertvolle Information verloren gehen, bevor der Empfänger überhaupt bereit ist. Ein Team um die Universität Stuttgart hat nun einen Detektor vorgestellt, der während der Anregung weiter misst. Die am 16. September in Science Advances veröffentlichte Studie zur gleichzeitigen Anregung und Erfassung demonstriert das Prinzip mit zwei Laboraufbauten. Es geht um eine Grundlage der Magnetresonanztomografie, kurz MRT, und anderer Messverfahren. Eine Verbesserung von Patientenaufnahmen wurde damit noch nicht gezeigt.
Die kurze Lücke nach dem starken Impuls
Magnetresonanz nutzt die magnetischen Eigenschaften von Atomkernen. Ein Hochfrequenzimpuls regt sie an; ihre anschließende Bewegung erzeugt ein schwaches elektrisches Signal in einer Spule. Herkömmliche gepulste Systeme müssen nach dem kräftigen Sendeimpuls zunächst wieder empfindlich genug für diese schwache Antwort werden. In dieser „Totzeit“ kann ein rasch abklingendes Signal bereits weitgehend verschwinden.
Der Stuttgarter Ansatz verwendet einen Oszillator, also eine elektronische Schaltung, die fortlaufend schwingt. Sie regt die Probe an und reagiert zugleich auf deren magnetische Antwort. Für die einzelnen Anregungspulse verändert das System seine Frequenz. Der Oszillator bleibt dabei aktiv, sodass die Messung nicht erst auf einen Wechsel vom Senden zum Empfangen warten muss.
Ein Vorläufer aus dem Jahr 2023 hatte dieses Prinzip bereits demonstriert. Die neue Arbeit erweitert es um eine schnellere elektronische Regelung, aufeinander abgestimmte Anregungspulse und Versuche in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Der Fortschritt liegt damit in der praktischen Ausführung des Messverfahrens.
Der Detektor bleibt aktiv, die Elektronik braucht noch Verbesserungen
Die Forschenden untersuchten unter anderem Wasser und Essigsäure. Ihre Detektoren arbeiteten bei 477 und 17 Megahertz. Beim Aufbau mit 477 Megahertz dauerte ein elektronischer Einschwingvorgang nach dem Frequenzwechsel ungefähr 320 Nanosekunden. Für das dort untersuchte Signal war er so kurz, dass die anschließende Auswertung keine erkennbare Verzerrung zeigte.
Das bedeutet allerdings nicht, dass sämtliche Störungen verschwunden sind. Bei einer Messung mit mehreren Pulsen am zweiten Aufbau blieben nach der Korrektur Restartefakte zurück. Vollständig entfernen ließen sich solche Einschwingeffekte in einem kontrollierten Versuch mit künstlich erzeugtem elektrischem Signal. Für echte Proben nennen die Autoren unter anderem eine bessere Temperaturstabilisierung als nächsten Schritt.
Auch die Empfindlichkeit ist noch eine Schwäche: Der 477-Megahertz-Prototyp liegt laut Studie bei der Erfassung von Spinsignalen ungefähr um den Faktor 1.000 unter einem üblichen 400-Megahertz-NMR-System. Die Autoren führen den größten Teil dieses Abstands auf die konkrete Elektronik und Spulengeometrie zurück. Der Vergleich beschreibt die beiden Messaufbauten, keine entsprechende Differenz bei der Qualität von MRT-Bildern.
Die Universität Stuttgart nennt in ihrer Mitteilung vom 17. September Gewebe mit besonders schnell abklingenden Signalen, etwa die Lunge, als mögliche spätere Anwendung. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Ulm entwickelt das Team den Ansatz für medizinische Anwendungen weiter. Dafür muss aus dem durchgehend aktiven Detektor noch ein ausreichend empfindliches und stabiles Gesamtsystem werden.
Quellen
- Zhibin Zhao et al.: Concurrent excitation and detection in magnetic resonance using voltage-controlled oscillators, Science Advances, elektronisch veröffentlicht am 16. September 2026.
- Universität Stuttgart: New technique could make MRI more precise, 17. September 2026.
- Michal Kern et al.: Dead Time-Free Detection of NMR Signals Using Voltage-Controlled Oscillators, Applied Magnetic Resonance, 29. August 2023.
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