Magnetresonanztomographie MRT

Physik und Wirkweise der Kernspintomographie

Im menschlichen Körper sind Wasserstoffatome das vorherrschende Element. Dabei haben die Kerne der Wasserstoffatome die Eigenschaft, sich permanent um ihre eigene Achse drehen. Die als Kernspin bezeichnete Drehung erzeugt ein schwaches Magnetfeld, das die Atome selbst zu einem Magneten macht. Dieses physikalische Grundgesetz macht sich Untersuchungsmethode der Kernspintomographie zunutze.

Die Wasserstoffatome sind dabei ungeordnet zueinander ausgerichtet. Stellt man sie sich als Kompassnadeln vor, so zeigen sie in alle möglichen Richtungen. Das ändert sich während der Untersuchung im MRT. Im Inneren des Kernspintomographen befindet sich ein Magnet, der ein starkes Magnetfeld erzeugt, das um ein Vielfaches stärker ist, als das der Erde. Dieses Magnetfeld richtet die Wasserstoffatome parallel zueinander aus. Alle „Kompassnadeln“ zeigen somit in die gleiche Richtung. Durch den Einsatz von Radiowellen wird die Ordnung dann gestört. Die Radiowellen werden in bestimmter Frequenz und Stärke vom Kernspintomographen als kurze Impulse in die zu untersuchende Körperregion geschickt, die Wasserstoffatome nehmen sie auf und geraten damit aus der Ordnung.

Wenn der Impuls unterbrochen wird, kehren die Atomkerne dann wieder zu ihrer vorherigen, geordneten Lage zurück. In dem als Relaxation bezeichnen Moment geben sie dann die Wellen wieder ab, was von den hoch empfindlichen Antennen des MRT-Gerätes registriert wird. Ein Computer setzt die Signalverläufe dann schließlich zu einem MRT Bild zusammen. Wie schnell die Atome wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren hängt von der Art des Gewebes zusammen. Die als Abklingzeit bezeichnete Abgabe der Radiowellen ist unterschiedlich und grenzen die verschiedenen Gewebearten voneinander ab.

Haupteinsatzgebiete

In der Regel wird die Kernspintomographie eingesetzt, um verschiedene Krankheiten festzustellen, beziehungsweise sie auszuschließen. Darüber hinaus lässt sich mit dem MRT auch feststellen, wie eine Krankheit verläuft und inwieweit eine Therapie die gewünschte Wirkung zeigt.

Wirbelsäule und Gelenke

Ein häufiges Einsatzgebiet des MRT ist die Darstellung von Veränderungen an Gelenken und Gelenkknorpeln. Bandscheiben, Sehnen und Bänder und auch der Wirbelkanal lassen sich gut darstellen. Untersuchungen von Extremitäten wie Ellenbogen, Hand, Knie, Sprunggelenk oder Fuß können auch in speziellen, kleinen Geräten vorgenommen werden.

Gehirn und Rückenmark

Die Kernspintomographie ist das Diagnoseverfahren der Wahl bei allen Erkrankungen des Gehirns und des Rückenmarks. Beispiele dafür sind Schlaganfall, Tumore und Entzündungen und oder auch Multiple Sklerose.

Innere Organe

Entzündungsherde, Tumore, Metastarsen und andere Organveränderungen können präzise und aussagekräftig dargestellt werden. Mit einer speziellen Aufnahmetechnik gelingt auch die Abbildung der Bauchspeicheldrüse und der Gallenwege.

Herz und Blutgefäße

Es ist möglich, auch das schlagende Herz zu betrachten und so die Beschaffenheit und Durchblutung, die Funktionsfähigkeit der Herzklappen zu überprüfen und Fehlfunktionen zu lokalisieren. Dieses ist selbst in dynamisch-ergometrischen Untersuchungen möglich. Mittels 3-D-Angiographie lassen sich auch Koronargefäße, die Hauptschlagader und Arterien darstellen.

Brust

Das MRT kommt immer dann als ergänzende Untersuchung zum Einsatz, wenn Brustkrebs durch andere Verfahren nicht zweifelsfrei ausgeschlossen werden konnte. In diesen Fällen wird mit Kontrastmittel gearbeitet, das sich im Tumorgewebe schneller als in gesundem Gewebe anreichert.

Funktionelle Kernspintomographie

Ein verhältnismäßig neues Feld der Kernspintomographie sind Untersuchungen des Stoffwechsels bestimmter Körperregionen. So lassen sich beispielsweise über die Methode der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) hinaus mit dem MRT Stoffwechselprozesse im Gehirn untersuchen und präzise zuordnen.

Ablauf der Untersuchung

Klassische MRT-Geräte sind als Röhre gebaut, die den Patienten umschließen. Für die Untersuchung fährt eine Liege so weit in den Magnettunnel, bis sich das zu untersuchende Areal in der Mitte der Röhre befindet. In der Regel ist der Patient komplett von der Röhre umschlossen. Es gibt zwar auch offene MRT-Scanner, die den Patienten nicht vollständig umschließen, die Bildqualität ist aber nicht so gut, wie bei den klassischen Röhrengeräten.

Kernspintomographen erzeugen während der Untersuchung laute Klopfgeräusche. Durch Kopfhörer oder Ohrstöpsel werden diese Geräusche für den Patienten auf ein erträgliches Maß reduziert. Hat das medizinische Personal alle Vorbereitungen getroffen und den Untersuchungsraum verlassen, beginnt die Untersuchung. Diese wird vom Bedienplatz durch die medizinisch-technischen Radiologieassistenten (MTRA) gesteuert. Sie überwachen die Untersuchung durch eine Scheibe und sind während des gesamten Prozesses über eine Gegensprechanlage mit dem Patienten verbunden.

Untersuchungsdauer

Je nach Fragestellung und Anzahl der Aufnahmen dauert eine Magnetresonanztomographie zwischen wenigen Minuten und einer Stunde, in seltenen Fällen auch länger. In der Regel liegt die Untersuchungszeit aber zwischen 20 und 30 Minuten.

Kontrastmittel

Einige Gewebe, wie zum Beispiel Muskulatur oder Blutgefäße, lassen sich auf MRT-Bildern nur sehr schwer unterscheiden. Um sie besser voneinander abgrenzen zu können, ist es hilfreich ein Kontrastmittel zu verwenden. Es sorgt dafür, dass sich die charakteristischen Signale bestimmter Gewebearten verändern und sie sich somit besser erkennen lassen. In der Regel wird das Kontrastmittel über die Vene verabreicht. In sehr seltenen Fällen kann es allergischen Reaktionen kommen. Diese können von Übelkeit bis zum anaphylaktischen Schock führen. Statistiken zeigen aber, dass solche schweren Reaktionen selten sind. Falls es bereits schon einmal zu einer allergischen Reaktion gekommen sein sollte, muss der Patient den Arzt unbedingt vorab darüber informieren. Gleiches gilt bei Nierenerkrankungen, die Einfluss auf die zu verabreichende Menge von Kontrastmittel haben können.

Risiken und Vorsichtsmaßnahmen

Während der Untersuchung erzeugt der Tomograph ein starkes Magnetfeld, das Metallteile anzieht. Diese können sich erwärmen und im schlimmsten Fall zu Verbrennungen führen. Das ist der Grund, warum Patienten vor der Untersuchung möglichst alle metallhaltigen Gegenstände ablegen müssen. Dazu gehören:

• Medizinische Hilfsgeräte wie Hörgeräte, Brillen, Zahnspangen oder herausnehmbarer Zahnersatz mit Metallteilen
• Kleidung mit Knöpfen, Schnallen, metallenen Reißverschlüssen, BügelBHs und Gürtel
• Schmuck wie Ringe, Armbänder, Ketten, Ohrringe, Uhren Haarspangen und Piercings
• Kugelschreiber, Schlüssel, Geldbeutel und Münzen

Implantate

Auch Implantate im Körper können auf des Magnetfeld reagieren. Deshalb ist es für Patienten wichtig zu wissen, ob das Implantat MRT fähig ist. Neure Implantate bestehen inzwischen meist aus nicht magnetisierbarem Material wie beispielsweise aus Titan. Deshalb geht von ihnen während der Untersuchung keine Gefahr aus. Dennoch ist es wichtig, vor der Untersuchung immer zu überprüfen, ob das infrage kommende Implantat tatsächlich MRT-geeignet ist.

Herzschrittmacher und Insulinpumpen

Bei Patienten mit Herzschrittmachern oder implantierbaren Defibrillatoren (ICD) ist eine Kernspintomographie meist nicht möglich. S-ICD der neuesten Generation sind MRT fähig, müssen aber vom Kardiologen vor der Untersuchung ausgeschaltet werden. In schweren Fällen wird der Patient während des MRT zusätzlich von einem Kardiologen betreut, der im Notfall eingreifen kann. Darüber hinaus sind implantierte Insulinpumpen und künstliche Innenohren nicht für eine Untersuchung im MRT geeignet.

Nebenwirkungen

Die Kernspintomographie eine Untersuchungsmethode ohne radioaktive Strahlenbelastung, Studien zu MRT-Untersuchungen ohne Kontrastmittel weisen bisher keine Nebenwirkungen nach. Allerdings sollten sich Schwangere aus Sicherheitsgründen in den ersten drei Monaten der Schwangerschaft nur in Notfällen einer Kernspintomographie unterziehen.

Geschichte Kernspintomographie

1946 fanden die Physiker Felix Bloch und Edward Purcell unabhängig voneinander heraus, dass bestimmte Atomkerne in einem extern erzeugten Magnetfeld hochfrequente Radiowellen absorbieren können. Für diese Entdeckung der so genannten Kernspinresonanz erhielten beide Wissenschaftler 1952 den Nobelpreis für Physik.

Schon Anfang des 19. Jahrhunderts hatte der Mathematiker Jean-Baptiste Joseph Fourier die nach ihm benannte Fourier-Transformation beschrieben und damit den Grundstein gelegt, mit dem heute MRT-Bilder errechnet werden.

Die Entwicklung zu einer anwendbaren Technik trieben dann in den 1970er Jahren vor allem zwei Männer voran: Der Radiologe und Chemiker Christian Lauterbur und der Physiker Sir Peter Mansfield. Mit Beginn der 1980er Jahre zog die MRT zunehmend in den klinischen Alltag ein. Im Jahr 2003 erhielten Lauterbur und Mansfield den Nobelpreis für Medizin.