Kernspintomographie / Magnetresonanztomographie

Technik der Kernspintomografie

Die Kernspintomografie, auch Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) genannt, ist eine diagnostische Technik zur Darstellung der inneren Organe und Gewebe mit Hilfe von Magnetfeldern und Radiowellen. Tomografie bedeutet Darstellung in Schichten oder Scheiben, in diesem Fall Schichten des Körpers oder eines Körperabschnittes (tomo = lateinisch 'tomus'=griech. 'tomos' eigentlich 'geschnittene Sache'). Mit dieser Methode lassen sich anatomische Abweichungen - zum Beispiel Tumoren oder funktionelle Veränderungen – zum Beispiel Störungen der Durchblutung des Gehirns - im Körper sichtbar machen.

Der menschliche Organismus besteht zu etwa 70 Prozent aus Wasser, also einer Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff (chemische Formel: H₂O). Wasserstoff ist somit das überwiegende Element im Körper. Besonders wasserstoffreich sind Weichgewebe, besonders wasserstoffarm sind z.B. Knochen.

Die Wasserstoffatome sind im Körpergewebe normalerweise ungeordnet. Im starken Magnetfeld eines Kernspintomografen werden sie in Richtung gezwungen bzw. „ausgerichtet“. Dies ist vergleichbar mit einem Magneten, der eine Kompassnadel ausrichtet. Die Atome stehen nun sozusagen „unter Spannung“. Mit Hilfe von Radiowellen können sie aus der ihnen aufgezwungenen Position ausgelenkt werden. Schaltet man die Radiowellen wieder aus, springen die Atome in die Richtung zurück, die ihnen von dem starken Magnetfeld vorgegeben wurde. Dabei senden die Wassserstoffatome ihrerseits Radiowellen aus, die mit hochempfindlichen Messinstrumenten gemessen werden können. Ein Computer berechnet aus diesen Signalen Schnittbilder. Die Bildinterpretation stützt sich dann auf den Gesamtkontrast und die Signalunterschiede zwischen bekannten und unbekannten Geweben.

Je nachdem, wie lang man die Atome nach Abschalten der Radioimpulse wieder „ausschwingen“ lässt werden, erhält man Sequenzen in unterschiedlichen Gewichtungen und damit letztlich eine unterschiedliche Darstellung verschiedener Gewebe. In der einen so genannten T1-Gewichtung erscheinen Fett bzw. fetthaltige/-reiche Gewebe (z.B. Knochenmark) signalreich (also hell). In der so genannten T2-Gewichtung erscheinen dagegen Flüssigkeiten bzw. flüssigkeitsgefüllte Strukturen (z.B. Liquorräume) hell.

Möglichkeiten der MRT

Neue, schnellere Aufnahmeverfahren ermöglichen das Scannen einzelner Schnittbilder in wenigen Millisekunden und somit eine Bildgebung in Echtzeit. Diese Aufnahmetechnik wird beispielsweise in der Herzbildgebung oder der interventionellen MRT eingesetzt. So können beispielsweise Bewegungen von Organen (z.B. ein schlagendes Herz oder die Pulsation der Rückenmarksflüssigkeit) dargestellt oder die Position medizinischer Instrumente während eines Eingriffes überwacht werden.

Mit der Magnetresonanztomografie lassen sich Weichteile besonders gut voneinander abgrenzen. Sie werden entsprechend ihres Wasserstoffgehaltes in verschiedenen Graustufen dargestellt. Der kompakte Knochen erscheint dagegen auf dem kernspintomografischen Bild schwarz. Die Methode ist daher besonders aussagekräftig in Körperregionen, in denen viel Weichgewebe vorhanden ist. Sogar eine Unterscheidung zwischen bösartigem und gesundem Gewebe der Weichteile ist hier oft möglich.

Die Kernspintomografie stellt also das bildgebende Verfahren mit der derzeit höchsten Weichteilauflösung dar, sodass sie sich zur Darstellung von Gehirn, Rückenmark oder Muskulatur gleichermaßen gut eignet. Mit Hilfe eines Kontrastmittels kann außerdem Tumor- oder Narbengewebe, das sich z.B. nach einer Operation gebildet hat, hervorgehoben werden.

Wie auch bei der Computertomografie lässt sich der untersuchte Körperabschnitt bei der Kernspintomografie in visuelle Längs- oder Querschichten zerlegen. Allerdings kann man durch Rekonstruktionsverfahren auch dreidimensionale Bilder aus einem MRT-Datensatz herstellen und damit die untersuchten Organe wieder relativ naturgetreu abbilden. Im Vergleich zu manchen anderen bildgebenden Verfahren ist die MRT Untersuchung recht zeitaufwändig. Bis heute ist allerdings auch nach vielen Millionen Untersuchungen keine Nebenwirkung bei Patienten der Kernspintomografie bekannt geworden.

Daher kann man die MRT auch gut z.B. zur Wachstumskontrolle von Tumoren einsetzen. Kontrastmitteln werden dabei kurz vor der Untersuchung in eine Vene des Patienten gespritzt. Dieses Kontrastmittel ist im Vergleich zu dem bei der Computertomografie eingesetzten besser verträglich. Meist handelt es sich um Gadolinium-haltige Verbindungen. Kontrastmittelgabe wird auch bei unklaren Durchblutungsstörungen, bei entzündlichen Prozessen und eben zur Darstellung von Narbengewebe angewandt.

In den meisten heute eingesetzten MR-Tomografen (außer im so genannten „offenen MRT“) muss der Patient in einer relativ engen Röhre liegen. Patienten mit Platzangst sollten dies daher vor Beginn der Untersuchung dem betreuenden Personal mitteilen, damit ihnen der Arzt ein Beruhigungsmittel verabreichen kann.

Ein Problem können Metallteile im oder am Körper sein, weil bei der Kernspintomografie ein starkes Magnetfeld auf den Untersuchten einwirkt. Die Metallteile können sich im Magnetfeld erwärmen oder sogar bewegen, außerdem entstehen um sie herum Auslöschungfelder in den gewonnenen Bildern. Elektronische Gegenstände, Uhren, Kredit- und andere Chipkarten dürfen nicht in die Nähe des Gerätes gebracht werden, da sie sonst unbrauchbar gemacht werden oder das Gerät beschädigen können. Von großer Relevanz ist außerdem, dass der Patient angibt, ob er einen Herzschrittmacher oder Herzklappen aus Metall im Körper hat. In diesem Fall darf die Untersuchung nämlich gar nicht oder nur unter ganz bestimmten Bedingungen und unter größten Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden. Bei Patienten, die Metall im Körper haben, etwa Knochennägel, Splitter von Verletzungen oder ähnliches, muss aufgrund der magnetischen Eigenschaften dieser Teile individuell entschieden werden, ob eine Untersuchung mit dem Kernspintomografen in Frage kommt.

 

Durchführung

Nach ihrer Bauform unterscheidet man geschlossene MRT-Systeme mit kurzem oder langem Tunnel von offenen MRT-Systemen (oMRT) mit C-Arm oder seitlich geöffnetem Tunnel. Während geschlossene Tunnelsysteme bedingt durch ihren Aufbau im Vergleich bessere Bilddaten liefern, ermöglichen offene MRT-Systeme den Zugang zum Patienten unter MRT-Kontrolle oder auch Bilder mit Funktionsstellung der Wirbelsäule.

Mit offenen Systemen kann die Kernspintomografie auch während einer Operation eingesetzt werden. Selbst für erfahrene Neurochirurgen ist es oft außerordentlich schwierig bis unmöglich, intraoperativ die Grenze eines Tumors zu erkennen und entsprechend dieser Grenze eine „Totalentfernung“ des Tumors durchzuführen. Eine Untersuchung mittels Kernspintomografie während der Operation trägt so unter Umständen dazu bei, dass der Tumor radikal, aber gleichzeitig schonend entfernt werden kann. Außerdem können Grenzen von Bahnsystemen und funktionelle Regionen im Gehirn dargestellt werden, die mit bloßem Auge unter dem Mikroskop nicht sichtbar sind.

Die Kernspintomografie bietet auch eine gute Möglichkeit, anhand der gewonnenen Informationen über Lokalisation und Ausdehnung des Tumors weitere Schritte in der Behandlung zu planen - zum Beispiel die Erstellung eines Bestrahlungsplans.

Spezielle MRT-Verfahren wurden außerdem entwickelt, um zusätzlich zu Lage und Form der Organe auch Informationen über ihre Mikrostruktur und Funktion (besonders ihre Durchblutung) darzustellen. Neben der "klassischen" MRT-Untersuchung gibt es daher auch die so genannte Magnetresonanz-Angiografie (MRA) und die Magnetresonanz-Spektroskopie (MRS). Beide Untersuchungsverfahren werden im Prinzip mit den gleichen Geräten wie die konventionelle MRT-Untersuchung, aber unter Einsatz spezieller Software durchgeführt. Die MRA-Untersuchung zum Beispiel dient der Darstellung von (Blut-) Gefäßen, während mit der MR-Spektroskopie (MRS) Stoffwechselprodukte lokalisiert und mengenmäßig erfasst werden können. Bei der MRS werden keine Bilder aufgenommen, sondern so genannte Spektren. Die Spektren geben in Form von Zacken die Verteilung der zu untersuchenden Stoffe in bestimmten Körperbereichen wieder. Das Verfahren hat vor allem bei schwierigen diagnostischen Fragestellungen im Gehirn bereits klinische Bedeutung erlangt.

Schließlich gelingt mit Hilfe der Kernspintomografie heute auch die Abgrenzung funktioneller Gehirnareale (fMRT) Motorkortex-Darstellung im fMRT bzw. die Darstellung von Bahnsystemen im Gehirn (Diffusion Tensor Imaging = DTI). In der Abbildung oben sehen Sie eine Darstellung der Pyramidenbahn nach Art dieser DTI.

Bei der Kernspintomografie handelt es sich um eine Ergänzung zu anderen Methoden, die meist aussagekräftiger ist als ihre Alternativen. Dementsprechend kommt der Kernspintomograf erst zum Einsatz, wenn andere diagnostische Techniken wie Ultraschall, Röntgen oder Computertomografie keine bzw. nur unzureichende Aussagen erlauben. In der Regel klärt man zunächst mit schneller einsetzbaren Verfahren ab, wo und wonach gesucht werden soll.

Kontrastmittelgabe

MR-Kontrastmittel kommen regelmäßig zum Einsatz. Ihre Wirkung besteht darin, das in der jeweiligen Untersuchung registrierte Signal zu modifizieren. Ziel des Einsatzes ist, bei der Untersuchung Zusatzinformationen zu gewinnen. Beispielsweise verwendet man in der Radiologie Kontrastmittel, die Röntgenstrahlen stärker absorbieren als normales Weichteilgewebe.

Röntgenkontrastmittel erhöhen den Kontrast von Organen und Organsystemen. Ziel ist eine Differenzierung zwischen Geweben ähnlicher Röntgendichte. Kontrastmittel ermöglichen eine bessere morphologische Abgrenzung wie auch Funktionsuntersuchungen. Sie müssen für den Körper prinzipiell unschädlich sein und ausgeschieden werden können. Sie können entweder direkt in die darzustellenden Organsysteme eingebracht werden oder indirekt über den Blutstrom zum Zielorgan befördert werden.

Positive Kontrastmittel: für Röntgenstrahlen weniger durchlässig als Weichteilgewebe => im Bild weiß

Negative Kontrastmittel: für Röntgenstrahlen stärker durchlässig als Weichteilgewebe => im Bild schwarz, Beispiele: Luft, CO2

Negative Kontrastmittel werden heute meist in Kombination mit einem positiven Kontrastmittel zur Doppelkontrastuntersuchung eingesetzt: Diese Untersuchungen sind heute meist durch die Computertomografie ersetzt worden.

Prinzipiell unterscheidet man zwischen Monokontrast (Anwendung nur eines - positiven oder negativen - Kontrastmittels) und Doppelkontrast (Kombination von positivem und negativem Kontrastmittel). Doppelkontrast wird eingesetzt zu Magen-Darm-Untersuchungen und bei Arthrografien. Er ist dem Monokontrast vorzuziehen, da er eine bessere Beurteilung der Schleimhaut ermöglicht. Ein Monokontrast in der Magen-Darm-Diagnostik wird nur bei Kontraindikationen gegen den normalen Doppelkontrast eingesetzt.

Wie alle wirksamen Medikamente können auch Kontrastmittel Nebenwirkungen haben. Wenn man sich von einem Mittel Heilung oder Linderung verspricht, nimmt man Risiken eher in Kauf als bei rein diagnostischen Anwendungen. Moderne Kontrastmittel durchlaufen daher Verträglichkeitsstudien, die rigoroser sind als bei therapeutischen Medikamenten. Außerdem schreiben die Gesetzgeber in den meisten Ländern eine gründliche Risikoaufklärung des Patienten vor, obwohl das Gesamtrisiko im Individualfall meist sehr klein ist.

Allergien nach Kontrastmittelgabe sind die wichtigsten Nebenwirkungen. Über die möglichen allergischen Reaktionen muss der Patient vor der Untersuchung ausführlich im Gespräch durch einen Arzt / Ärztin aufgeklärt werden und Gespräch wie Einverständnis des/r Patienten/in schriftlich dokumentiert werden. Etwa 75% aller schweren Kontrastmittelzwischenfälle ereignen sich in den ersten 5 Minuten nach Injektion! Etwa 90% aller schweren Kontrastmittelzwischenfälle ereignen sich in den ersten 15 Minuten nach Injektion! Die möglichen allergischen Zwischenfälle haben eine breite Palette und reichen von leichtem Übelkeitsgefühl bis zum anaphylaktischen Schock. Sie sind insgesamt sehr selten, es muss jedoch jederzeit ohne Verzug auf sie reagiert werden können! Zu den häufigsten allergischen Reaktionen gehören Hautreaktionen wie Juckreiz oder Quaddelausschlag.

Nachteile

Nachteile der Kernspintomografie bestehen z.B. darin, dass die Auflösung bei klinischen Standardsystemen durch technische Gegebenheiten begrenzt ist. Nur im Forschungsbereich können räumliche Auflösungen von unter 0,02 mm erreicht werden. Außerdem treten im Vergleich zur Computertomografie häufiger Artefakte wie Artefakte durch Bewegung, Flussartefakte oder durch Störquellen hervorgerufene auf.