Wie funktioniert MRT?

Um das Prinzip der MRT zu verstehen muß man etwas in die Teilchenphysik eintauchen.

Die postiv geladenen Protonen innerhalb eines Atomkerns rotieren um ihre eigene Achse (der sog. Spin) und produzieren so eine elektrische Ladung. Werden diese einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt, so richten sich die normalerweise diffus im menschlichen Gewebe angeordneten Ladungen ähnlich einer Kompaßnadel aus. Die Protonen liegen jedoch nicht starr in diesem Feld, sondern vollführen eine Art Kreiselbewegung, eine sogenannte Präzession, deren Frequenz abhängig von der Stärke des Magnetfeldes ist.

Wird nun ein Patient in dieses Magnetfeld gelegt, so richten sich die Protonen längs zum Magnetfeld aus. Nach Einstrahlung eines HF-Impulses (Radiowelle) werden die Protonen auf ein höheres Energieniveau gehoben und gleichzeitig in ihrer Kreiselbewegung synchronisiert, im Extremfall ist die Kreiselbewegung nun quer zum Magnetfeld, die Folge ist eine sogenannte Quermagnetisierung. Nach Abschalten des HF-Impulses gehen die Protonen wieder in ihren Ursprungszustand zurück, d.h. die Quermagnetisierung nimmt langsam ab und die Längsmagnetisierung wieder zu. Bei dieser “longitudinalen Relaxation” wird Energie frei, die gemessen werden kann. Diese Energie ist abhängig von der Stärke des Magnetfeldes und der Gewebeart, die Zeit, bis die Protonen in ihren Ursprungszustand zurückkehren kann dabei zwischen einer halben und mehreren Sekunden betragen (sog. T1-Zeit).

Zeitgleich läuft eine transversale Relaxation ab: die zunächst synchron ausgelenkten Protonen verlieren ihre einheitliche Rotation, durch die Wechselwirkung zwischen den Teilchen  geht die transversale Magnetisierung schließlich verloren. Somit ist die transversale Relaxation der Verlust der Magnetisierung durch “Außer-Phase-Geraten” der Spins. Man spricht hier von einer sog. T2-Relaxation.

Praktisch dienen in der klinischen MRT nur die Wasserstoffprotonen der Bildgebung.

Das durch hochempfindliche Antennen gewonnene Signal wird in einem komplizierten Auslese- und Meßverfahren umgesetzt und in ein Bild umgewandelt. Da der HF- Impuls in Bruchteilen von Sekunden an- und abgeschaltet wird, empfängt man eine Vielzahl von Signalen. Dieses An- und Abschalten verursacht das charakteristisch laute Geräusch des Gerätes.

Was kann die MRT?

Im Gegensatz zu anderen bildgebenden Verfahren kann die MRT gewebespezifische Parameter je nach Wichtung unterschiedlich bildlich darstellen. Geschwindigleit, Temperatur, Diffusion oder Perfusion dienen dem kernspintomografischen Bild ebenso wie die Protonendichte oder das elektromagnetische Moment einer Struktur. So lassen sich krankhafte Prozesse sehr exakt von gesundem Gewebe unterscheiden.

Da wie gesagt die Stärke des Magnetfeldes ausschlaggebend für die Signalstärke der Magnetresonanz ist, wird die Bildqualität entsprechend der Feldstärke besser. Allerdings nehmen mit zunehmender Feldstärke auch die Inhomogenitäten im Magnetfeld zu, da letztlich das ideale Feld durch die technischen Eigenschaften der Maschine und auch den im Magneten liegenden Patienten nie erreicht werden kann. In der gängigen Praxis sind heute Feldstärken von 1 und 1,5 Tesla in Gebrauch, in einigen Einrichtungen wird auch bereits mit 3 Tesla untersucht. In experimentellen Studien sind bereits Feldstärken von 7 und mehr Tesla im Einsatz, hier kommen jedoch die Feldinhomogenitäten so stark zum Tragen, daß nur relativ kleine Körperabschnitte qualitativ hochwertig darstellbar sind, zudem wird die Untersuchung für den Patienten in einem solchen Feld durchaus unangenehm.

 Kleinere sog. offene Geräte zwischen 0,2 und 0,5 Tesla sind heutzutage auch bereits ausgereift, können jedoch nur begrenzt, z.B. für Gelenkuntersuchungen, eingesetzt werden. Die Forschung ist dabei, diese Geräte zu perfektionieren und universell einsetzbar zu machen

Um das Signal möglichst effektiv zu messen, verwendet man häufig sogenannte Oberflächenspulen, die direkt an den zu untersuchenden Körperabschnitt gebracht werden. Praktisch arbeiten diese Spulen wie eine Linse. Solche Spulen sind der Körperregion angepaßt, also z.B. rund für den Kopf oder schalenförmig für die Schulter. Beliebt sind auch flexible Spulen, die um den Körperabschnitt gewickelt werden. Grundprinzip ist jeweils ein möglichst enger Kontakt zum Körper.

Ohne weiter auf die Spezifikationen des MRT einzugehen (wie. z.B. die Orientierung im Raum geschieht oder welche Parameter bei welcher Sequenz hervorgehoben werden) kann man zusammenfassen:
Die MRT liefert überall dort ein verwertbares Bildsignal, wo Wasser vorhanden ist. Da der menschliche Körper zum größten Teil aus Wasser besteht, ist die MRT praktisch an jedem Körperteil effektiv einsetzbar.
Weniger Signal wird entsprechend in Körperabschnitten gemessen, die wenig Wasser oder Luft enthalten, wie kompakter Knochen oder die Lunge.

Wie ist ein Kernspintomograf aufgebaut?

Herzstück ist der supraleitende Magnet, der über eine Heliumkühlung verfügt und von einer leistungsfähigen Klimaanlage versorgt werden muß. Die modernen offen im Raum stehenden Magneten vermitteln nicht mehr das Gefühl einer engen Röhre. In den Magneten eingebaute sog. Gradientenspulen kodieren das Signal im Raum ( d.h. in x- , y- und z-Richtung) und können auch der Bildgebung dienen. Die kleinen Oberflächenspulen dienen wie gesagt der Signalverstärkuung.

Angeschlossen ist ein hochleistungsfähiger Rechner, der die elektromagnetischen Impulse in Bildsignale umwandelt. Je nach Softwareausstattung werden so Schnittbilder in beliebigen Ebenen oder auch dreidimensionale Bilder des menschlichen Körpers erzeugt.

Wie wird die Untersuchung durchgeführt?

Zunächst muß geklärt werden, ob für den Patienten keine Gefährdung durch das MRT entsteht. Die schriftliche Dokumentation und Aufklärung des Patienten ist Bestandteil der Untersuchung.

Bestimmte Untersuchungen erfordern eine  Vorbereitung:

- Bei Untersuchungen des Bauchraumes, insbesondere der Beckenorgane wird häufig eine Kontrastmittel zu trinken gegeben. Dabei kann es sich einfacherweise um Wasser (“positives Kontrastmittel”) oder Suspensionen von z.B. Eisenoxid (“negative Kontrastmittel”) handeln.

- Mitunter wird in der Gelenkdiagnostik eine sogenannte indirekte Arthrografie verwendet: Ein MR-spezifisches Kontrastmittel (Gadolinium-DTPA) wird intravenös gegeben. Nach etwa 20 Minuten und unter forcierter Bewegung des entsprechenden Gelenkes ist das Kontrastmittel durch die Gelenkkapsel in den Gelenkraum getreten und vermischt sich mit der Gelenkflüssigkeit.

- In der Leberdiagnostik werden immer häufiger supermagnetische Eisenoxidpartikel als negatives Kontrastmittel eingesetzt, um gesunde Zellen von kranken besser unterscheiden zu können. Diese Kontrastmittel müssen langsam als Infusion intravenös verabreicht werden. Im Rahmen der Verstoffwechselung der Leber wird der Effekt dann nach etwa 30 Minuten im MRT sichtbar.

Kleinkinder waren früher schwer und meist nur mit Kurznarkose untersuchbar. Heutzutage reicht in der Regel die beruhigende Hand der Mutter oder ein Chloralhydrat-Zäpfchen aus

Grundsätzlich erfordert die Mehrzahl aller MRT-Untersuchungen keine spezielle Vorbereitung.

Die Lagerung auf dem Untersuchungstisch erfolgt immer so, dass die interessierende Region möglichst im Zentrum des Magneten liegt.  Dies ist naturgemäß nicht immer exakt möglich (z.B bei der Schulter). Die Lagerung sollte bequem und schmerzfrei sein.

Je nach Fragestellung wird die Untersuchung ohne oder mit einer Oberflächenspule durchgeführt. Letztere wirken wie eine Empfangslinse und verstärken das Signal durch ihre Nähe zur interessierenden Region. Es gibt starre oder flexible Oberflächenspulen.

Nach kurzen Einstellsequenzen erfolgt die Messung, die aus 3 bis 8 verschiedenen Sequenzen besteht. Die Dauer dieser Sequenzen liegt zwischen 20 Sekunden und 6 Minuten. Bei Ganzkörperdarstellungen oder Gefäßuntersuchungen können durchaus auch mehr Sequenzen notwendig werden.

Im Durchschnitt dauert eine MRT-Untersuchung (Raumzeit!) etwa 30 Minuten.

Da der Patient während der Untersuchung in der Regel allein im Raum ist, erhält er eine pneumatische Klingel in die Hand, mit der er sich jederzeit bemerkbar machen kann. Die MRT- Räume sind klimatisiert und beleuchtet.

Über Lautsprecher und externes Mikrofon ist jederzeit eine Kommunikation mit dem Untersucher möglich. Meist erhält der Patient Lärmschutzkopfhörer, über die - je nach Wunsch - auch Musik eingespielt werden kann, die die Zeit im Untersuchungsraum verkürzen soll.

Die schnellen Rechner bearbeiten die Messungen schon während der Untersuchung, so dass das Bildmaterial unmittelbar nach Abschluß vorliegt.  Die Auswertung des mitunter sehr umfangreichen Bildmaterials erfolgt an einer externen Befundungsstation mit hochauflösenden Monitoren. In manchen Fällen werden noch weitere Schritte der Bildnachbearbeitung dazwischengeschaltet (Reformationen, 3-D-Bildbearbeitung, Subtraktionen etc.)

Kontrastmittel

In manchen Fällen ist die intravenöse Gabe eines MRT-spezifischen Kontrastmittels notwendig. Grundbaustein dieses Kontrastmittels ist Gadolinium, das in einem Chelatkomplex gebunden unschädlich für den Körper ist. Nebenwirkungen dieses Medikamentes sind extrem selten. Derartige Kontrastmittel werden von verschiedenen Herstellern angeboten, ein Beispiel ist das Magnevist von Schering.

Diese paramagnetischen Kontrastmittel verkürzen die T1-Zeit, dadurch erscheinen Areale, in denen sich dieses Kontrastmittel anreichert, heller als andere Strukturen im T1-gewichteten Bild.

Die MR-Kontrastmittel sind ein wesentlicher Bestandteil z.B. in der Gehirndiagnostik, bei Tumorsuchen, bei der Gefäßdarstellung oder auch bei bestimmten rheumatischen Fragestellungen.

Nebenwirkungen sind extrem selten (s.unter Risiken)