Kernspintomographie

Kernspintomographie, auch Kernspinresonanztomographie oder Magnetresonanztomographie (MRT), ein Bildgebungsverfahren zur medizinischen Diagnose, das sich die Prinzipien der kernmagnetischen Resonanz zunutze macht.

Magnetresonanzbilder des menschlichen Körpers werden seit 1977 erstellt, die grundlegenden Forschungen auf diesem Gebiet wurden jedoch bereits in den dreißiger und vierziger Jahren durchgeführt. Damals betrieben Physiker Grundlagenforschung u. a. über das Verhalten von Atomkernen in unterschiedlichen Magnetfeldern. Im Jahr 1950 waren die physikalischen Prinzipien, die der Magnetresonanz zugrunde liegen, im Wesentlichen geklärt. Es mussten jedoch noch drei weitere Faktoren realisiert werden: die Verfügbarkeit schneller und leistungsfähiger Computer; die Konstruktion eines einheitlichen, stabilen Magneten in der Größe eines Menschen mit der dazugehörenden Hochfrequenzelektronik – und die Idee, dass mit diesen Mitteln diagnostisch wertvolle Bilder vom Innern des Menschen erstellt werden können. Der US-amerikanische Chemiker Paul C. Lauterbur, der US-amerikanische Mediziner Raymond V. Damadian und der britische Physiker Peter Mansfield zeigten, dass diese Idee durch Anwendung der physikalischen Prinzipien der Kernspinresonanz verwirklicht werden konnte. Die ersten Magnetresonanzbilder wurden Anfang der siebziger Jahre veröffentlicht. In den zehn Jahren zwischen 1983 und 1993 wurden die medizinischen Anwendungsmöglichkeiten in Labors und Kliniken in aller Welt rasch weiterentwickelt. Paul C. Lauterbur und Peter Mansfield wurden 2003 für die Entwicklung der Magnetresonanztomographie mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Auf den ersten Blick ist die Vielzahl der medizinischen Bildgebungstechniken und Anwendungsmöglichkeiten mit Hilfe der Kernspinresonanz überwältigend. Viele halten MRT für das vielseitigste, leistungsfähigste und genaueste der heute verfügbaren diagnostischen Bildgebungsverfahren. Seine Bedeutung für die Medizin lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: 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. Mit Hilfe der elektrokardiographischen Computertomographie wurden außerordentlich detailgetreue anatomische Darstellungen des Herzens ermöglicht. Weitere Fortschritte der MRT erlauben die Darstellung von Arterien und Venen durch Magnetresonanzangiographie. Außerdem lassen sich mit Hilfe der Kernspinresonanzspektroskopie biochemische Verbindungen jedes beliebigen anatomischen Querschnitts des menschlichen Körpers vermessen. Dadurch erhält man immer mehr wertvolle biomedizinische und anatomische Grundlageninformationen, die zur Erlangung neuer Erkenntnisse sowie zur Früherkennung zahlreicher Krankheiten von unschätzbarem Wert sind.

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 (30 000mal stärker als das Magnetfeld der Erde) 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, wie sie bereits für Röntgenaufnahmen, Computertomographie (siehe Radiologie) und axiale Computertomographie entwickelt wurden.

Sofern verfügbar, ist MRT in der gegenwärtigen medizinischen Praxis das Diagnoseverfahren der Wahl bei praktisch allen Erkrankungen des Gehirns und des zentralen Nervensystems. Kernspintomographen liefern eine anatomische Darstellung, die mit jenen der Röntgencomputertomographen vergleichbar und an Kontrastauflösung überlegen sind. Mit Hilfe der MRT werden ähnliche funktionelle Informationen wie mit der Positronenemissionstomographie (PET) erlangt. MRT-Darstellungen sind jedoch anatomisch detaillierter. Das Verfahren kann auch Röntgenaufnahmen ergänzen, da mit dieser Technik eine Vielzahl weicher Gewebsarten unterschiedlicher Dichte sowohl in gesundem wie auch in krankhaftem Zustand unterschieden werden können. MRT ist risikolos, abgesehen von einigen Kontraindikationen, z. B. bei Patienten mit Herzschrittmachern oder Patienten, bei denen sich Eisenspäne in Augennähe befinden könnten (etwa Metallarbeiter) oder wenn Innenohrtransplantate vorhanden sind. Kernspintomographie ist relativ teuer, das Verfahren ist jedoch auch das eindrucksvollste Beispiel einer neuen, genaueren Diagnosetechnik, die mit weniger Risiko verbunden ist. Manchmal lassen sich damit sogar Kosten senken, da die Diagnosen zunehmend ambulant erstellt werden und dadurch teure Krankenhausaufenthalte vermieden werden können.

Nach einem 2001 in der Zeitschrift Breast Cancer Research erschienenen Beitrag deutscher Mediziner ist die Magnetresonanzmammographie die zuverlässigste Methode zur Diagnose von Brustkrebs. Mit diesem Verfahren werden ohne Einsatz von Röntgenstrahlen Energieveränderungen im Gewebe gemessen, die beim Anlegen eines elektromagnetischen Feldes entstehen. Die auf diese Weise empfangenen Signale werden mit Computerhilfe in ein Bild umgewandelt. Bei Untersuchungen an der Friedrich-Schiller-Universität Jena wurde die Effektivität von Röntgenmammographie und Ultraschalluntersuchung (Sonographie) mit der Magnetresonanzmammographie verglichen. Das letztere Verfahren erwies sich als das genaueste zur Diagnose bösartiger Tumore. Forscher der Universität Würzburg berichteten 2001, mit Hilfe der Magnetresonanzbildgebung könne man den Blutfluss und den Aufbau der kleinsten Blutgefäße im Herzmuskel messen; dies sei für Herzinfarktpatienten von großer Bedeutung.