Transportabler DNP Polarisator zur klinischen Anwendung

Ziele: Entwicklung eines mobilen Hyperpolarisators für Flüssigkeiten zur drastischen Erhöhung der MR-Signalintensität. Der Polarisator kann nahe an einen MR Tomographen herangebracht werden und erlaubt so die effiziente Nutzung der hergestellten Hyperpolarisation, die mit dem T1 der polarisierten Substanz zerfällt. Der Einsatz des Polarisators soll die MR-Bildgebung von Kernen wie 13C und 15N ermöglichen, um so Zugang zu Informationen über den Metabolismus der hyperpolarisierten und injizierten Substanz zu erhalten, was u.a. in der Tumordiagnostik eingesetzt werden kann. Methode: Der Polarisator beruht auf einem Halbach Magneten mit moderater Feldstärke (0,03–0,30T) und geringem Streufeld. Der verwendete Magnet besteht aus 3 ineinander gesetzten Ringen aus Permanentmagneten in Halbach Anordnung und erlaubt eine genaue Einstellung der gewünschten Feldstärke. Das Gewicht des Magneten beträgt 90kg inklusive Zubehör und kann auf einem fahrbaren Tisch mit 2 Ebenen zusammen mit der Mikrowellenquelle transportiert werden. Es wurden 1H-DNP-Experimente mit 3 Radikalen (Triaryl-Radikal (TAM), TEMPOL, Polyelektrolyt mit kovalent gebundenen Nitroxid-Radikalen) durchgeführt und die erreichten Verstärkungsfaktoren bei 0.3 T und Raumtemperatur verglichen. Ergebnis: Die Hyperpolarisation der Kernspins konnte im beschriebenen Aufbau erfolgreich und reproduzierbar durchgeführt werden. Die Verstärkungsfaktoren von TAM und TEMPOL in Abhängigkeit der Einstrahlfrequenzen der Mikrowelle wurden bestimmt und mit EPR-Spektren überlagert. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung. Zusätzlich wurden die DNP-Verstärkungsfaktoren von allen drei Radikalen in Abhängigkeit von der eingestrahlten Mikrowellenleistung gemessen und auf die mit diesem Aufbau maximal erreichbaren Verstärkungsfaktoren extrapoliert (TAM: 27, TEMPOL: 60, Polyelektrolyt: 80). Schlussfolgerung: Der mobile Polarisator stellt ein effizientes Gerät zur drastischen Erhöhung der Kernmagnetisierung und damit der Signalintensität in der MRT dar. Der DNP Effekt, der auf der Übertragung der hohen Polarisation von ungepaarten Elektronen auf Kernspins beruht, ist bei diesen Feldstärken wesentlich effizienter als im Hochfeld und auch die Eindringtiefe der zur EPR Anregung notwendigen Mikrowellenstrahlung (hier 2–9 GHz) ist zur Anregung klinisch relevanter Probenvolumina prädestiniert. Unser Aufbau erlaubt die Quantifizierung und Optimierung der entstehenden Hyperpolarisation, die in klinischen MR Geräten z.B. in der molekularen Bildgebung eingesetzt werden kann.