Kernspintomographie

Schlagzeile:

"Europas stärkster Kernspintomograph ist am 11. Februar 2005 in Magdeburg erstmals am Menschen getestet worden. Für den Versuch stellte sich der Direktor des Leibnitz- Instituts für Neurobiologie, Henning Scheich, zur Verfügung. Das Gerät erlaubt einen viel genaueren Blick ins Gehirn als bisher möglich. Wissenschaftler wollen mit seiner Hilfe Krankheiten wie Alzheimer, Multiple- Sklerose und Epilepsie erforschen. Das Hightech- Gerät erzeugt ein Magnetfeld, das 140 000 mal stärker ist als das der Erde."

Die Kernspintomographie,
auch Kernspinresonanztomographie oder Magnetresonanztomographie (MRT), ist ein Bildgebungsverfahren zur medizinischen Diagnose, das sich die Prinzipien der kernmagnetischen Resonanz zunutze macht. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich auf nichtinvasive Weise (ohne in den Körper einzudringen) in relativ kurzer Zeit dünne Schichtaufnahmen von jedem Körperteil in beliebigem Winkel und beliebiger Richtung erzeugen. Das Prinzip der Kernspintomographie ist auf den menschlichen Körper anwendbar, weil dieser zahllose winzige biologische Magneten aufweist. In der Hauptsache handelt es sich dabei um Protonen im Kern der Wasserstoffatome, die am empfindlichsten auf Magnetfelder reagieren. MRT macht sich die willkürliche Verteilung der freibeweglichen Protonen zunutze sowie deren grundlegende magnetische Eigenschaften. Das Verfahren läuft im Wesentlichen in drei Schritten ab: Zunächst wird um den Körper ein starkes, stabiles, homogenes Magnetfeld erzeugt und damit eine stabile Ausrichtung der Protonen. Als zweiter Schritt wird diese stabile Ausrichtung verändert, indem man elektromagnetisch Hochfrequenzenergie zuführt. Drittens wird diese energetische Stimulation wieder beendet und die im Körper entstehenden Kernresonanzsignale mit Hilfe geeigneter Empfangsspulen gemessen. Die empfangenen Signale dienen als Grundlage für die Erstellung von Bildern des Körperinneren mit Hilfe von Computerverfahren.

Im Gegensatz zur Röntgendiagnostik (Computertomographie) verwendet die Kernspintomographie keine ionisierende Strahlung. Stattdessen werden Schichtbilder des Körpers mit Hilfe von magnetischer Kernspinresonanz gewonnen.


 

Literatur:

Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik. Röntgendiagnostik und Angiographie, Computertomographie, Nuklearmedizin, Magnetresonanztomographie, Sonographie, integrierte Informationssysteme, herausgegeben von Heinz Morneburg. München 1995.

Köchli, Victor D. / Marincek, Borut: Wie funktioniert MRI? Eine Einführung in Physik und Funktionsweise der Magnetresonanzbildgebung. Berlin u. a. 1998.

Medizintechnik - Verfahren, Systeme und Informationsverarbeitung. Ein anwendungsorientierter Querschnitt für Ausbildung und Praxis, herausgegeben von Rüdiger Kramme. Berlin u. a. 1997.

Dilcher, L.: Kleines Handbuch zur Kernspintomographie. Texte zum Einstieg, Diagramme zum Mitdenken, Formeln für Interessierte. Ferger, 1997.

Möller, T. B. / Reif, E.: Taschenatlas der Schnittbildanatomie. Bd. 1. Computertomographie und Kernspintomographie. Kopf, Hals, Wirbelsäule, Gelenke. Thieme, 1997.
Möller, T. B. / Reif, E.: Taschenatlas der Schnittbildanatomie. Bd. 2. Thorax, Abdomen, Becken. Computertomographie und Kernspintomographie. Thieme, 1999.



 

Die kernmagnetische Resonanz:
Auf Grund des Eigendrehimpulses von Atomkernen (Kernspin) bildet sich innerhalb eines Teilchens oder Moleküls ein magnetisches Moment aus. Jeder Atomkern innerhalb des zu untersuchenden Materials bzw. der Materialprobe beeinflusst dabei mit seinem einzelnen magnetischen Moment die jeweiligen Momente seiner Nachbarkerne – und dies in ganz bestimmter Weise. In einem konstanten, äußeren Magnetfeld haben die magnetischen Momente und die Spins der Kerne unterschiedliche Einstellmöglichkeiten. Diese Orientierungen sind richtungsgequantelt, d. h., es sind nur bestimmte Ausrichtungen der Spinachse und des magnetischen Moments erlaubt. Die energetischen Werte für diese Orientierungen werden durch die Kernspinquantenzahl bestimmt. Die am häufigsten untersuchten Kerne haben die Kernspinquantenzahl ½ (z. B. 1H, 13C, 19F, 31P). Bei dieser Kernspinquantenzahl gibt es genau zwei energetische Einstellungsmöglichkeiten für Spin und magnetisches Moment: parallel zum äußeren Magnetfeld und antiparallel dazu. Bei der NMR-Spektroskopie erzwingt man zunächst eine Einstellung (z. B. parallel) mit Hilfe des äußeren Magnetfeldes. Anschließend versucht man die genau entgegengesetzte Einstellung (in diesem Fall antiparallel) zu erreichen. Der Übergang von einer Einstellung zur anderen äußert sich mit einem messbaren Energieimpuls. Dieser enthält praktisch die Informationen über die untersuchte Probe. Der Übergang vollzieht sich vor folgendem physikalischen Hintergrund: Die Kerne bewegen sich mit einer ganz besonderen Frequenz, die man als Lamorfrequenz bezeichnet. Mit Hilfe einer geeigneten Sendequelle sendet man zur eigentlichen Untersuchung Radiowellen (siehe elektromagnetische Strahlung) durch die Probe. Wenn die Frequenz der Radiowellen mit der jeweiligen Lamorfrequenz übereinstimmt, liegt der so genannte Resonanzfall vor, d. h., es kommt zum Übergang von einer Einstellung zur anderen. Das Ergebnis lässt sich mittels Computermethoden in ein Bild übertragen und auswerten.

 

Die Patientin liegt vor dem Zylinder eines Kernspintomographen.

 

Der Aufbau des Kernspintomographen

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