So überleben Elektrokabel das starke Magnetfeld im MRT
Kunststoff statt Kupfer: Neue MRT-kompatible Kabel ermöglichen EEG, EKG und Hirnstimulation ohne Störungen im Magnetfeld.
Metalle sind im MRT problematisch. Ein neues Kunststoffkabel löst das Problem für medizinische Mess- und Stimulationsverfahren.
Foto: Smarterpix/svitlanahulko85.gmail
Forschende der Empa haben mit einem Industriepartner MRT-kompatible Kabel entwickelt, die überwiegend aus Kunststoff bestehen. Eine extrem dünne Metallbeschichtung sorgt für genau definierte Leitfähigkeit. So lassen sich EEG, EKG und Hirnstimulation sicher mit der Magnetresonanztomographie kombinieren.
Inhaltsverzeichnis
Warum Metalle im MRT tabu sind
Wer schon einmal „in die Röhre“ musste, weiß: Im Kernspintomographen haben Metalle nichts verloren. Starke Magnetfelder und Radiowellen machen gut leitende Materialien zum Risiko. Sie können sich aufheizen, Verbrennungen verursachen und die Bildgebung stören. Genau das wird zum Problem, sobald die Magnetresonanztomographie (MRT) mit anderen Mess- oder Stimulationsverfahren kombiniert werden soll.
Denn moderne Diagnostik bleibt selten beim reinen Bild. Häufig kommen zusätzliche Methoden hinzu, etwa das Elektrokardiogramm (EKG), das Elektroenzephalogramm (EEG) oder neuere Verfahren zur gezielten Hirnstimulation. Dafür tragen Patientinnen und Patienten Elektroden, die per Kabel mit Messgeräten verbunden sind. Klassische Kupferleitungen stoßen im MRT jedoch an harte Grenzen.
Wenn Leitfähigkeit zum Risiko wird
Die Physik dahinter ist bekannt. Metallische Leiter koppeln im MRT an die hochfrequenten Felder an. Es entstehen unerwünschte Ströme, die Kabel erwärmen sich. Gleichzeitig verzerren sie das Magnetfeld und verschlechtern die Bildqualität. In der Praxis heißt das: Viele kombinierte Messungen bleiben technisch unmöglich oder nur unter starken Einschränkungen realisierbar.
Genau hier setzt das Entwicklungsprojekt der Empa an. Gemeinsam mit dem Industriepartner TI Solutions AG haben Forschende Kabel entwickelt, die im MRT zuverlässig funktionieren – ohne klassisches Kupfer.
Kunststoff statt Draht
Der Ansatz wirkt zunächst kontraintuitiv. Statt eines massiven Metalldrahts setzen die Kabel auf Polymerfasern. Diese sind elektrisch isolierend. Die nötige Leitfähigkeit entsteht erst durch eine hauchdünne Metallbeschichtung auf den Fasern.
„Unser Ziel war es, ein Kabel mit einer sehr geringen, aber genau definierten metallischen Leitfähigkeit zu entwickeln“, sagt Dirk Hegemann von der Empa. „Die Leitfähigkeit muss genug groß sein, damit das Signal übertragen werden kann, aber nicht so groß, dass es zu einer Interaktion mit den Radiowellen kommt.“
Die Lösung: Faserbündel aus Kunststoff, beschichtet mit einer Metallkombination aus Silber und Titan. Silber sorgt für die elektrische Leitfähigkeit, Titan dämpft sie gezielt. Gleichzeitig schützt die Kombination vor Korrosion.
Dünner als ein Mikrometer
Die Metallschicht ist extrem dünn. Sie misst weniger als einen halben Mikrometer. Aufgebracht wird sie per Magnetronsputtern, einem etablierten Beschichtungsverfahren aus der Dünnschichttechnik. Der Vorteil: Der Prozess lässt sich als Rolle-zu-Rolle-Verfahren umsetzen und damit industriell skalieren.
Die Anforderungen gingen dabei über reine Elektrik hinaus. Die Kabel mussten mechanisch stabil sein, häufiges Ein- und Ausstecken aushalten und ihre Eigenschaften über lange Zeit behalten. Laut Empa blieb die Leitfähigkeit in Langzeittests über ein Jahr hinweg nahezu konstant.
Neue Möglichkeiten für Hirnforschung
Für den Industriepartner eröffnet das neue Optionen. TI Solutions entwickelt Elektroden für Messung und Stimulation von Hirnströmen, unter anderem für die sogenannte temporale Interferenz-Stimulation (TI). Dieses Verfahren stimuliert tieferliegende Hirnareale mit überlagerten elektrischen Feldern.
„Mit den ‹MRIComplead›, den im Empa-Labor entwickelten MRT-kompatiblen Kabeln, haben unsere medizinischen Forschungspartner zum ersten Mal die Möglichkeit, die Wirkung von TI im Hirn mittels MRT sicher und störungsfrei sichtbar zu machen“, sagt Sven Kühn, Forschungsleiter bei TI Solutions.
Vom Labor in die Serie
Das Projekt wurde im Rahmen eines Programms der Innosuisse umgesetzt und 2025 abgeschlossen. Bereits jetzt haben die Forschenden rund einen Kilometer beschichteter Fasern produziert. In der nächsten Phase geht es um Demonstratoren und erste Bemusterungen.
„Die effiziente und unkomplizierte Unterstützung der Empa in der Nullserienphase ist ein weiterer Gewinnfaktor in unserer Zusammenarbeit“, sagt Niels Kuster, Präsident der TI Solutions AG. Bewähren sich die Kabel im praktischen Einsatz, ist der Schritt in die industrielle Fertigung vorgesehen.
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