Kernspintomographie

Die Kernspintomographie, auch als Magnetresonanztomographie (MRT) bezeichnet, ist ein modernes diagnostisches Verfahren, das detailgetreue Schnittbilder des menschlichen Körpers ohne Einsatz von Röntgenstrahlen liefert. Das erste MRT-Bild eines Menschen wurde bereits 1977 erstellt.

Die Hauptanwendung besteht in der Diagnostik des Gehirns und des Rückenmarks sowie der Gelenke, Knochen und Weichteile. Daneben können auch die inneren Organe wie die Leber, die Bauchspeicheldrüse (Pankreas), die Milz, die Nieren und Nebennieren, die Gebärmutter, die Eierstöcke, die Prostata und die Harnblase untersucht werden.
Die MR-Mammographie liefert gute diagnostische Ergebnisse in Ergänzung zur Mammographie und Ultraschalluntersuchung der weiblichen Brust.

Durch den rasanten technischen Fortschritt eröffnen sich zunehmende diagnostische Möglichkeiten in der Gefäß- und Gallengangsdiagnostik.

Jede MRT-Untersuchung besteht aus mehreren, in der Regel zwischen 4 und 6 Einzelmessungen, den sog. Sequenzen, die jeweils wenige Minuten dauern. Daher beträgt die Untersuchungszeit in Abhängigkeit von der Fragestellung 15 - 45 min, in Einzelfällen kann es auch länger dauern. Zur Vermeidung von Bewegungsartefakten (Verwacklungen) muss der Patient absolut ruhig im Gerät liegen. Deshalb ist in Einzelfällen der Einsatz von Beruhigungsmitteln oder gar eine Narkose ratsam.

Für einen Teil der Anwendungen und bestimmte Fragestellungen ist die intravenöse Gabe eines Kontrastmittels (Gadolinium) erforderlich, das in der Regel sehr gut vertragen und über die Nieren wieder ausgeschieden wird. Spezielle Kontrastmittel (z.B. Endorem^®, Primovist^® oder Resovist^®) kommen in Einzelfällen in der Diagnostik der Leber zum Einsatz.

Das MRT-Signal wird mit Antennen unterschiedlicher Größe (sog. Spulen) aufgefangen. Je kleiner diese Spule, desto besser ist idR. die Bildqualität. Daher ist es nicht sinnvoll und auch meistens nicht möglich, den ganzen Körper oder große Körperabschnitte in "einem Stück" zu untersuchen.

Während der Untersuchung liegt der Patient in einem starken Magnetfeld (je nach Gerät üblicherweise 0,5 bis 1,5 Tesla), das etwa der 15.000 - 45.000fachen Erdanziehungskraft entspricht. Zur Signal - bzw. Bilderzeugung werden Hochfrequenzimpulse eingestrahlt. Daraus leiten sich folgende Gegenanzeigen bzw. Vorsichtsmaßnahmen ab:

• Patienten mit Herzschrittmachern, Cochlea-Implantaten (im Ohr) oder Insulinpumpen sind derzeit noch generell von der Untersuchung ausgeschlossen. Patienten mit Herzschrittmachern dürfen den Untersuchungsraum auch nicht betreten (Sicherheitsgrenze für den unbeschränkten öffentlichen Zugang!).

• Mitgeführte lose Metallgegenstände wie herausnehmbarer Zahnersatz, Brille, Uhr, Schlüssel, Münzgeld, Feuerzeug, Schmuck, Gürtelschnalle und auch insbesondere Scheckkarten müssen vor der Untersuchung außerhalb des Untersuchungsraumes abgelegt werden.

• Herzschrittmacher oder im Körper vorhandene Metallteile wie Granatsplitter oder Implantate bzw. Prothesen wie z.B. Gefäßstents oder Metallclips nach Operationen sind dem Personal oder dem Arzt vor der Untersuchung anzuzeigen, damit im Einzelfall über die Möglichkeit einer Untersuchung entschieden werden kann.

MRT - Technisch-physikalische Grundlagen

Ein Atom besteht aus einer Hülle, gebildet von den Elektronen, und aus einem Kern, der aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt ist. Die Protonen drehen sich um eine Achse, d.h. sie besitzen einen Spin. Da durch diesen Spin auch die elektrische Ladung der Protonen rotiert, resultiert daraus ein kleines begleitendes Magnetfeld. Vereinfacht kann man daher jedes Proton als kleinen Magneten betrachten.

Der zu untersuchende Patient liegt in einem starken, möglichst homogen Magnetfeld (idR. 0,5-1,5 Tesla), wodurch sich die im Körper befindlichen paramagnetischen Atomkerne mit ungerader Protonenzahl (H+-Kerne) nach den Feldlinien des äußeren Magneten in einer "Nord-Süd-Richtung" ausrichten und dabei um diese Feldlinien kreiseln. Dieses Kreiseln wird als Präzession bezeichnet. Diese Präzession erfolgt mit einer bestimmten Frequenz, die direkt von der Stärke des äußeren Magnetfeldes abhängig ist (sog. Larmor-Frequenz).

Die für die Bilderzeugung wichtigen Protonen (H+-Kerne) befinden sich in einem Gleichgewicht in paralleler und antiparaller Nord-Süd-Ausrichtung. Auf 1.000.007 im energieärmeren stabileren Zustand parallel ausgerichteten Protonen kommen 1.000.000 antiparallel ausgerichtete. Dieser sehr kleine zahlenmäßige Unterschied repräsentiert die Magnetisierung des zu untersuchenden Gewebes und ist für die Kernspintomographie fundamental. Die 1.000.000 sowohl parallel als auch antiparallel ausgerichteten Protonen neutralisieren sich gegenseitig.

Nun wird zusätzlich ein Hochfrequenzimpuls bzw. eine Radiowelle (Resonanzfrequenz der Protonen) quer zu den Feldlinien des äußeren Magnetfeldes temporär eingestrahlt (HF-Impuls). Dadurch gehen einige Protonen vom parallelen in den energiereicheren antiparallen Zustand über. Außerdem werden die Protonen zu verstärkten Kreiselbewegungen angeregt und dabei synchronisiert. Daraus resultiert eine messbare Quermagnetisierung, die letztendlich für das MRT-Signal verantwortlich ist. Nach dem Abschalten dieses Hochfrequenzimpulses kehren die Kerne in ihre stabile Ausgangslage zurück und induzieren dabei in der Empfangsspule ein schwaches elektrisches Signal. Durch den Einsatz sekundärer Magnetfeldgradienten ist eine räumliche Zuordnung (Frequenz- und Phasenkodierung) möglich, so dass mit aufwendigen Rechenverfahren (Fouriertransformation) die Schnittbilder hergestellt werden.

Die Schnittorientierung der MRT-Bilder ist beliebig variabel und erlaubt somit eine multiplanare Darstellung der Untersuchungsregion. Die Signaldifferenzen aus den einzelnen Körpergeweben ergeben sich aus deren Protonendichte, aus der Kopplung der relevanten Protonen an ihre jeweilige chemische Umgebung (Spin-Gitter-Relaxationszeit T1) sowie aus der gegenseitigen Beeinflussung der Protonen (Spin-Spin-Relaxationszeit T2).
T1 beschreibt, wie schnell sich das magnetische Moment des untersuchten Gewebes wieder längs des äußeren Magnetfeldes anordnet. T2 drückt aus, wie schnell sich die Quermagnetisierung nach einem HF-Impuls wieder abbaut. Je kleiner eine solche Relaxationszeit ist, desto schneller wird der Ausgangszustand wieder erreicht und desto mehr Protonen stehen für die nächste Anregung wieder zur Verfügung. Gewebe mit kürzerer Relaxationszeit erzeugen ein stärkeres Signal als solche mit längerer Relaxationszeit. Daraus ergibt sich der Bildkontrast verschiedener Gewebe. Typische MRT-Kontrastmittel sind paramagnetische Substanzen und verkürzen in Geweben, in denen sie sich anlagern, die Relaxationszeiten (bildrelevant ist die T1-Verkürzung).

Dr. med. Jörg Büsselberg & Andreas Gierke