Neues physikbasiertes Modell für schärfere MRT‑Bilder ^{CEFR B2}

Ein Team von Forschenden an der Rice University und dem Oak Ridge National Laboratory präsentiert in The Journal of Chemical Physics einen physikbasierten NMR-Eigenmoden-Rahmen, der die Relaxation in Flüssigkeiten durch vollständiges Lösen der zugrunde liegenden physikalischen Gleichungen beschreibt. Anders als frühere, vereinfachte Modelle erfasst dieser Ansatz eine breite Palette molekularer Bewegungen, weil die Fokker-Planck-Gleichung eingesetzt wird, um die zeitliche Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Positionen und Geschwindigkeiten der Moleküle zu verfolgen.

Die Untersuchung der Eigenmoden identifiziert die natürlichen Schwingungsformen, mit denen Wassermoleküle auf Kontrastmittel reagieren, und liefert so ein detaillierteres Bild der kernmagnetischen Resonanz-Relaxation. Das Framework reproduziert experimentelle Messungen bei klinischen MRT-Frequenzen mit hoher Präzision und zeigt, dass viele gebräuchliche vereinfachte Modelle Spezialfälle innerhalb dieser umfassenderen Theorie sind. Ein Mitglied des Teams beschrieb den Fortschritt als ein Werkzeug, das nicht nur vorhersagt, sondern auch die Relaxation in Flüssigkeiten erklärt.

Die Arbeit basiert auf ausführlichen molekulardynamischen Simulationen und soll helfen, diese Simulationen und experimentellen Ergebnisse besser zu interpretieren. Der Code wurde als Open Source veröffentlicht, um eine breitere Nutzung und weitere Entwicklung zu fördern. Die möglichen Anwendungen reichen über die medizinische Bildgebung hinaus und betreffen unter anderem Batterieentwicklung, den Fluss von Fluiden im Untergrund und in porösen Gesteinen sowie biologische Zellen und andere Fragen der Materialwissenschaft. Gefördert wurde die Studie unter anderem vom Ken Kennedy Institute, dem Rice Creative Ventures Fund, der Robert A. Welch Foundation und dem Oak Ridge Leadership Computing Facility am Oak Ridge National Laboratory.