MRT (Magnetresonanztomografie): So funktioniert die Kernspintomografie

So sperrig wie der Name Magnetresonanztomografie (kurz MRT) ist auch das Gerät – ein mannshoher Magnet mit einer engen, runden Öffnung, durch die der Patient geschoben wird. Archaisch mutet der Lärm an, der sich für viele Menschen nur mit Kopfhörern ertragen lässt. Doch das MRT liefert ausgezeichnete Schnittbilder der inneren Organe, ganz ohne Strahlenbelastung. Wie funktioniert die Kernspintomografie und was sind Vorteile und Nachteile?

Entwicklung der Magnetresonanztomografie

Das Prinzip der Magnetresonanz ist Wissenschaftlern bereits seit den fünfziger Jahren bekannt. Zunächst diente sie dazu, den chemischen Aufbau von komplexen Molekülen sichtbar zu machen. Der Chemiker Lauterbur und der Physiker Mansfield hatten die bahnbrechende Idee, das Phänomen für Einblicke in den menschlichen Körper zu nutzen; 2003 erhielten sie dafür den Nobelpreis für Medizin. Die seit Anfang der 80er Jahre existierenden Geräte zur medizinischen Diagnostik haben in den vergangenen dreißig Jahren eine riesige Entwicklung durchlaufen.

Mittlerweile gibt es Ganzkörpertomografen, die den Körper von Kopf bis Fuß in 12 Minuten ablichten. Ob Knorpelschäden nach Verletzungen oder Arthrose, das Ausmaß des Gewebeschadens nach einem Herzinfarkt oder Schlaganfall oder die Frühdiagnostik von Erkrankungen wie Multiple Sklerose oder der Alzheimer-Krankheit – die Magnetresonanztomografie (MRT), auch bekannt als Kernspintomografie oder kurz Kernspin, liefert zuverlässig "Landkarten" des untersuchen Gewebes.

Kernspintomografie: Wie funktioniert eine MRT?

Jeder Atomkern hat einen Eigendrehimpuls (Kernspin), durch den ein kleines elektromagnetisches Feld erzeugt wird, das im Normalfall nach dem Zufallsprinzip kreuz und quer weist. Wird von außen ein stärkeres Magnetfeld angelegt, richten sich diese kleinen Felder alle gleich aus. Deshalb ist das Kernstück des MRT-Geräts ein riesiger Magnet, dessen Feld durchschnittlich 10.000- bis 30.000-mal größer ist als das Magnetfeld der Erde.

Da der menschliche Körper überwiegend aus Wasser besteht, eignen sich Wasserstoffatome besonders gut zur Messung. Sobald deren Kerne durch das Magnetfeld gleichgeschaltet sind, werden Radiowellen ins Gewebe geschickt, die auf die Kerne prallen und sie so ins Wanken bringen – der Resonanzeffekt. Dadurch erhalten die Kerne Energie – sie werden angeregt.

Wird nun das Magnetfeld ausgeschaltet, kehren die Kerne in ihre Ausgangsstellung zurück und geben dabei diese Energie in Form elektromagnetischer Wellen wieder ab. Diese Signale werden von hochempfindlichen Empfängern aus verschiedenen Richtungen registriert und per Computer in Schnittbilder (Tomogramme) umgesetzt.

Da die verschiedenen Gewebearten im Körper unterschiedliche Mengen an Wasser enthalten (zum Beispiel Fettgewebe viel, Knochen wenig), geben sie mehr oder weniger Signale ab und stellen sich damit unterschiedlich, nämlich heller oder dunkler dar.

Magnetresonanztomografie: Lautstärke bei der Untersuchung

Aus den beschriebenen Vorgängen leiten sich auch die Namen für das Verfahren ab – Magnetresonanz- beziehungsweise Kernspintomografie. Die Untersuchung selbst ist sehr laut; die Untersuchungsräume sind zum Schutz des Personals schallisoliert. Damit sich der Patient in der Röhre bemerkbar machen kann, erhält er kurz vor Untersuchungsbeginn einen Klingelknopf. Während der Untersuchungsvorbereitung kann er mittels einer Gegensprechanlage mit dem Personal sprechen.

Vorteile der MRT

Die MRT bietet unterschiedliche Vorteile:

• keine Strahlenbelastung (verglichen mit Röntgen und Computertomografie)
• nach heutigen Erkenntnissen hat die Untersuchung keine anhaltenden Nebenwirkungen
• bestimmte Strukturen, insbesondere Weichteilgewebe wie Nerven oder Gehirn lassen sich besser (oder überhaupt erst) darstellen
• Tumoren, Entzündungen und Verletzungen sind besonders gut zu sehen

Nachteile der MRT

Doch die Kernspintomografie weist auch Nachteile auf:

• Kosten: Ein großer Nachteil sind die Kosten sowohl bei der Anschaffung als auch während des Betriebs.
• Artefakte und Auflösung: Im Vergleich zum CT-Bild treten häufiger Artefakte auf, technisch bedingte Strukturen, die das eigentliche Bild überlagern und zu Fehleinschätzungen führen können. Die Auflösung der Bilder ist auf etwa einen Millimeter begrenzt.
• Metall: Ein Nachteil ist auch, dass Metall am oder im Körper (zum Beispiel Münzen, Schlüsselbund, Metallsplitter, Piercings, Gefäßclips, Intrauterinpessar) Bildstörungen verursachen oder sich eventuell erwärmen oder verlagern, also für den Patienten gefährlich sein kann. Die heute eingesetzten Implantate wie zum Beispiel künstliche Hüftgelenke stellen allerdings kein Problem mehr dar; Gegenanzeigen sind Cochleaimplantate, implantierte Insulinpumpen und das erste Schwangerschaftsdrittel. Auch bei großflächigen Tätowierungen wird von der MRT abgeraten, da die Farbpigmente Metall enthalten können. Träger eines Herzschrittmachers wurden bisher nicht mittels MRT untersucht, einige große Zentren bieten dies neuerdings jedoch an.
• Enge Röhre: Für viele Patienten sehr unangenehm ist die enge Röhre bei Ganzkörpertomografen, die durchschnittlich einen Durchmesser von 60 cm hat und etwa 160 cm lang ist. In Einzelfällen wird die Untersuchung deshalb mit Beruhigungsmitteln oder sogar in Narkose durchgeführt. Bei den kleineren Geräten, mit denen sich auch einzelne Körperteile untersuchen lassen, ist das unnötig.
• Verwackelgefahr und Lautstärke: Stillhalten ist sehr wichtig – bei den lauten Klopfgeräuschen des Gerätes eine besondere Herausforderung. Ein Gehörschutz ist deshalb obligat, zusätzlich kann ein Schlafmittel speziell bei Kindern nötig sein.
• Allergie: Bei manchen Fragestellungen oder speziellen Untersuchungen (zum Beispiel der MR-Angiografie = MRA) wird zusätzlich ein Kontrastmittel gegeben, das wiederum in Einzelfällen allergische Reaktionen verursachen kann.
• Dauer: Und nicht zuletzt dauert die Untersuchung – allen Entwicklungen zum Trotz – nach wie vor relativ lange.

MRT: Forschung geht weiter

Um die Einsatzgebiete zu erweitern und die Nachteile zu minimieren, sind die Forschungen noch lange nicht abgeschlossen. Sie reichen von leistungsstärkeren Magnetfeldern über sensiblere Sensoren bis hin zur Messung anderer Atomkerne, um spezielle Strukturen wie Krebsgeschwüre besser sichtbar zu machen.

Auch die Entwicklungen von MRT-Verfahren nicht nur zur Diagnostik, sondern auch zur Ursachenforschung, Operationsvorbereitung und Therapiekontrolle schreiten stetig voran. So lassen sich Stoffwechselvorgänge wie zum Beispiel die Gehirnaktivität messen (funktionelle MRT = fMRT) – mittlerweile sogar in Echtzeit.

Bedeutung für die Hirnforschung

Ein großes Potential, um gerade in den aktuellen Bereichen Hirnforschung und Neuropsychiatrie neue Erkenntnisse zu gewinnen, beispielsweise bei Krankheiten wie der Schizophrenie.

Und sogar für andere Bereiche können solche Einsichten in unsere Innenwelten interessant sein – so erhofft sich zum Beispiel die Werbebranche brauchbare Aussagen, wann welche Gehirnregionen wie auf Werbereize reagieren.