Ingenieurwissenschaften - Julia Bohnert, Universität Karlsruhe

Thema der Dissertation: Berechnung und gesundheitliche Bewertung von Stromdichten und Erwärmungen im Körper in magnetischen Wechselfeldern

Wirkung magnetischer Wechselfelder im menschlichen Körper

Julia Bohnert promoviert am Institut für biomedizinische Technik (IBT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). In ihrer Arbeit beschäftigt sie sich mit der Wirkung magnetischer Wechselfelder im menschlichen Körper, hervorgerufen durch das neue bildgebende Verfahren der Medizin Magnetic Particle Imaging (MPI).MPI wurde 2005 von Philips-Mitarbeitern erfunden. Es verspricht die quantitative Abbildung von kleinsten Konzentrationen magnetischer Nanopartikel im menschlichen Körper. Damit wird die Abbildung molekularbiologischer Prozesse im Körper möglich mit weitreichenden Anwendungen in der Diagnostik und Früherkennung von Krankheiten.

MPI arbeitet mit magnetischen Wechselfeldern im Frequenzbereich 10 kHz bis 100 kHz. Dieser Frequenzbereich elektromagnetischer Felder ist weitgehend unerforscht, was die biologische Wirkung auf den menschlichen Körper betrifft. Bekannt ist, dass zeitlich variable magnetische Felder elektrische Felder induzieren und diese elektrischen Felder wiederum im Körper Ströme hervorrufen. Dadurch können Muskeln und Nerven, im Extremfall sogar der Herzmuskel, stimuliert werden. Im niederfrequenten Bereich, wie z. B. dem Wechselstrom aus der Steckdose, sind dazu nur geringe Stromstärken notwendig. Bei steigender Frequenz wird der Körper aber zunehmend unempfindlich gegenüber elektrischen Reizen. Oberhalb einer Frequenz von 1 MHz sind Nerven und Muskeln nicht mehr elektrisch stimulierbar. Von da an wird die Energie der einstrahlenden Felder in Wärme umgewandelt. Der Frequenzbereich 10 kHz bis 1 MHz ist eine Grauzone, in der beide Effekte – elektrische Stimulation und lokale Erwärmung – auftreten können. Diesen Bereich gilt es in diesem Forschungsprojekt zu untersuchen und die Wirkungen auf den menschlichen Körper abzuschätzen und zu bewerten.

Dazu werden u. a. Simulationen mit numerischen Methoden der Feldrechnung durchgeführt. Mit Hilfe von hochaufgelösten Computer-Modellen des menschlichen Körpers lassen sich elektrische Felder und die daraus resultierenden Ströme und Erwärmungen an jedem Ort im Körper berechnen.
Für den Schwerpunkt Biomedizinische Technik hat sich Julia Bohnert schon früh in ihrem Studium der Elektrotechnik und Informationstechnik entschieden. Nach einem Ausflug in die Automobilindustrie (halbjähriges Auslands-praktikum in Charleston, South Carolina), kehrte sie ans IBT zurück, wo sie sich während ihrer Studienarbeit mit der Computersimulation zur Therapie von Vorhofflimmern beschäftigte und schließlich ihre Diplomarbeit auf dem Gebiet der automatischen Segmentierung von EKG-Signalen anfertigte.