Einleitung
Magnetresonanztomographie (MRT)

Bei der Magnetresonanztomographie (Abkürzung: MRT; Synonyme: Kernspintomographie, Magnetic Resonance Imaging) handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren, mit welchem man ohne den Einsatz von Röntgenstrahlung Gewebeanordnungen genau abbilden kann. Das Verfahren, mit dem Schnittbilder sämtlicher Körperstrukturen erstellt werden können, basiert auf dem physikalischen Prinzip der Kernspinresonanzspektroskopie.

Das breite Anwendungsspektrum der Magnetresonanztomographie erklärt sich durch die Verwendung elektromagnetischer Impulse, die in das Gewebe des Körpers ausgesendet werden. Diverse Atomkerne, deren Funktion das Fungieren als einzelne Magnete ist, können durch die elektromagnetische Strahlung angeregt werden (Resonanzfunktion). Als Konsequenz senden die Atomkerne ihrerseits wieder elektromagnetische Strahlung aus, die nun zurück zum Startpunkt der elektromagnetischen Wellen ausgesendet wird. Abhängig von der Wellenstärke kann nun über das Echo (die zurückgesendeten Wellen) die Helligkeit der Abbildung des Gewebes auf dem MRT-Bild errechnet werden. Das zu untersuchende Gewebe besitzt selbst einen sogenannten Eigendrehimpuls (Spin), sodass es selbst magnetisch wirkt. Zur genauen Positionsbestimmung der Atomkerne wird ein ortsabhängiges Magnetfeld erzeugt, was zu einer hochpräzisen Abbildung des Gewebes führt.

Die Entwicklung des Magnetresonanztomographen beruht maßgeblich auf der Forschung des Amerikaners Paul Lauterburg, der 2003 hierfür den Nobelpreis der Medizin und der Physiologie erhielt. Unterstützt wurde Lauterburg vom Briten Sir Peter Mansfield, der ebenfalls für die Mitentwicklung der MRT mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Die beiden Forscher waren als erste in der Lage, ein magnetisches Gradientenfeld zu erschaffen, durch welches eine räumliche Zuordnung der vorhandenen Signale erreicht werden konnte. Überdies gelang es, eine gefilterte Rückprojektion des Untersuchungsobjektes herzustellen, durch welche ein Abbild des zu untersuchenden Objektes errechnet werden konnte.

Das Verfahren

Das Prinzip der Magnetresonanztomographie ist die Verwendung von Protonen (Wasserstoffkerne) zur Erzeugung eines messbaren Echos. Um dies zu gewährleisten, bedarf es einer riesigen Anzahl an Protonen, die sich zuerst ungeordnet im Raum verteilen und durch ein von außen hergestelltes Magnetfeld zueinander parallel angeordnet werden. Zur Erstellung eines solch starken Magnetfeldes ist ausschließlich ein Elektromagnet geeignet, der selbst mit flüssigem Helium gekühlt wird, sodass sich dieser durch den hohen Energieeinsatz nicht überhitzt. Des Weiteren kann nicht der Magnet ausgeschaltet werden, was zur Folge hat, dass dieser permanent ein starkes Magnetfeld erzeugt. Aus der Stärke des magnetischen Feldes ergibt sich die Bildqualität, da dies zu einer Verminderung des sogenannten Bildrauschens führt. Neben dem Hauptmagnetfeld besteht zur Ortskodierung noch ein zusätzlicher Bedarf für Magnetfelder verminderter Stärke, die durch konventionelle Elektromagneten erzeugt werden können. Durch das mit einem lauten Geräusch einhergehende Zuschalten der Zusatzfelder wird die Untersuchungszeit determiniert, da stärkere und schnellere Gradientenfelder nicht nur eine höhere Bildauflösung erreichen, sondern diese auch in kürzerer Zeit bewerkstelligen.

Bei der MRT handelt es sich jedoch keineswegs um ein einzelnes System, sondern vielmehr um eine Sammlung diverser Methoden. Besonders in der inneren Medizin, aber auch in der Darstellung des Skelettes in der Orthopädie, sind spezielle Verfahren Teil der Basisdiagnostik beim Patienten.

Als hervorzuheben sind hier die folgenden MRT-Systeme:

  • Magnetresonanzangiographie (MRA) – Verfahren zur Darstellung des menschlichen Gefäßsystems mittels MRT-Methodik. Die Durchführung erfolgt abhängig von der Verfahrenstechnik vollkommen nicht-invasiv oder unter Gebrauch von Kontrastmitteln. Im Gegensatz zu konventionellen Angiographien erfolgt die Darstellung dreidimensional, sodass eine Beurteilung der Gefäße präziser durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist kein Katheter zur Gefäßdarstellung notwendig.
  • Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) – durch dieses Verfahren ist es möglich, aktive Stoffwechselvorgänge im Gewebe darzustellen und deren Lokalisation zu bestimmen. Ein fMRT erfolgt in drei Scanphasen, die sich sowohl im Auflösungsvermögen als auch in der Geschwindigkeit der Darstellung unterscheiden.
  • Perfusionsmagnetresonanztomographie (Perfusions-MRT) – MRT-Verfahren zur Überprüfung der Perfusion diverser Organe.
  • Diffusionsmagnetresonanztomographie (Diffusions-MRT) – neuartiges MRT-Verfahren, mit welchem eine Beurteilung der Diffusionsbewegung von Wassermolekülen im Körpergewebe sowohl gemessen als auch räumlich aufgelöst werden kann.
  • Magnetresonanz-Elastographie – dieses Diagnostikverfahren beruht auf dem Prinzip, dass Tumorgewebe häufig einen höheren Dichtegrad hat als normal differenziertes Gewebe. Durch die Anwendung dieses Verfahrens wird versucht, eine Bildgebung der visko-elastischen Eigenschaften der unterschiedlichen Gewebe zu erreichen. Die Funktionsweise stellt sich wie folgt dar. Durch eine von außen wirkende Druckwelle kann das Organ dreidimensional komprimiert werden, während zeitgleich Aufnahmen des Gewebes erfolgen. Im Anschluss an diese Untersuchung erfolgt die Erstellung eines Elastogramms, mit dem eine Abgrenzung von bösartigen zu gutartigen Tumoren erfolgen soll.

Die Aufteilung der verschiedenen Gerätetypen erfolgt durch die Einteilung in geschlossen und offene Bauformen:

  • Geschlossenes Tunnelsystem – auf Grund des Aufbaus wird bei Verwendung dieses Systems eine verbesserte Bildqualität erreicht.
  • Offenes Tunnelsystem – als Resultat des Aufbaus kann ein erleichterter Zugang zum Patientenerfolgen.

Neben der unterschiedlichen Bauform besteht die Möglichkeit, die diversen Systeme ihrer Feldstärke nach zu ordnen. Als am stärksten anzusehen sind die supraleitenden Elektromagneten.

Durch den enormen technischen Fortschritt im Bereich der MRT-Forschung, insbesondere der MR-Gradiententechnik und der Herstellung von organspezifischem Kontrastmittel, ist es heute möglich, den gesamten menschlichen Körper in nur einem Untersuchungsvorgang darzustellen. Zur Ganzkörperdarstellung ist allerdings ein Magnet mit hoher Hauptfeldstärke notwendig, um eine adäquate Darstellung sicherzustellen. Überdies müssen auch an die Gradientensysteme besondere Anforderungen gestellt werden:

  • Es wird eine schnelle Gradientenanstiegsrate benötigt.
  • Überdies ist eine hohe Amplitude des Gradienten zur Darstellung notwendig.
  • Zur Reduktion der Bildverzerrung muss eine hohe Gradientenlinearität über einen weiten Bereich vorliegen.

Die MRT kann bei vielen verschiedenen Beschwerden beziehungsweise Erkrankungen eingesetzt werden.

Folgende MRT-Untersuchungen werden häufig durchgeführt:

  • Abdomen-MRT (Darstellung des Bauchraumes und seiner Organe)
  • Angio-MRT (Darstellung von Blutgefäßen im gesamten Körper)
  • Becken-MRT (Darstellung des Beckens und seiner Organe)
  • Beckenboden-MRT (Darstellung des Becken und seiner Organe)
  • Extremitäten-MRT (Darstellung von Arme und Beinen inkl. der Gelenke)
  • Kardio-MRT (Darstellung des Herzens und seiner Koronararterien/Herzkranzgefäße) 
  • Magnetresonanz-Cholangiopankreatikographie (MRCP)
  • Mamma-MRT (Darstellung des Brustgewebes)
  • Schädel-MRT (Darstellung des Schädels, des Gehirns und der Gefäße)
  • Thorax-MRT (Darstellung des Brustkorbs und seiner Organe)
  • Wirbelsäule-MRT (Darstellung der Knochen, der Bandscheiben, der Bänder und des Rückenmarks)

Mögliche Komplikationen

Ferromagnetische Metallkörper (auch metallisches Make-Up oder Tätowierungen) können zur lokalen Wärmeentwicklung führen und möglicherweise Parästhesie-ähnliche Empfindungen (Kribbeln) auslösen.

Wg. Tattoos im MRT: Soweit Farben in Tattoos Pigmente enthalten, die eisenhaltig sind, können diese durch starke Magnetfelder im MRT angezogen werden, was wiederum dazu führen kann, dass Patienten einen Zug an der tätowierten Haut spüren bzw. dass sich das Tattoo erwärmt. Einige Patienten berichten auch von einem "Prickeln der Haut", das aber innerhalb von 24 Stunden verschwunden war [6].
Hinweis: In der Studie wurden Patienten ausgeschlossen, wenn einzelne Tattoos sich über zwanzig Zentimeter auf der Haut ausdehnten und mehrere Tätowierungen mehr als fünf Prozent des Körpers bedeckten.

Durch eine Kontrastmittelgabe können allergische Reaktionen (bis hin zum lebensbedrohlichen, jedoch nur sehr seltenen anaphylaktischen Schock) auftreten. Die Gabe eines Gadolinium-haltigen Kontrastmittels kann außerdem in seltenen Fällen eine nephrogene systemische Fibrose (NSF; Sklerodermie-ähnliches Leiden) auslösen. 

Die Verwendung eines Gadolinium-haltigen Kontrastmittels wird während der gesamten Schwangerschaft als kritisch beurteilt. Im ersten Trimenon vor allem aufgrund seiner direkten teratogenen Effekte und im zweiten und dritten Trimenon, weil davon auszugehen ist, dass Gadolinium über die Plazenta in den Fötus gelangt und über die fetalen Nieren in die Amnionflüssigkeit ausgeschieden wird. Dieses wiederum würde bedeuten, dass es erneut vom Ungeborenen aufgenommen werden könnte. Zudem erhöhe es das Risiko, dass Kinder tot zur Welt kommen oder kurz nach der Geburt sterben [5].

Kein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko haben Frauen, bei denen in der Frühschwangerschaft eine MRT durchgeführt worden war [5].

Literatur

  1. Dössel O: Bildgebende Verfahren in der Medizin. Von der Technik zur medizinischen Anwendung. Springer Verlag 2000
  2. Imhoff A: Fortbildung Orthopädie. Magnetresonanztomographie. Steinkopff Verlag 2001
  3. Gaulrapp H, Szeimies U: Diagnostik der Gelenke und der Weichteile. Sonographie oder MRT. Urban & Fischer Verlag 2008
  4. Goyen M: Echte Ganzkörper-MRT – Voraussetzungen – Indikationen – Perspektiven. ABW Wissenschaftsverlag 2006
  5. Ray JG et al.: Association Between MRI Exposure During Pregnancy and Fetal and Childhood Outcomes. JAMA 2016; 316: 952-961. doi:10.1001/jama.2016.12126
  6. Callaghan MF et al.: Safety of Tattoos in Persons Undergoing MRI. N Engl J Med 2019; 380:495-496 doi: 10.1056/NEJMc1811197
     
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