Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) oder Kernspintomographie ist zum festen Bestandteil der klinischen Bildgebung geworden. Auch aus der Forschung ist die Technik längst nicht mehr wegzudenken. 1952 wurde die Entdeckung des Magnet-Resonanzprinzips durch Bloch und Purcell mit dem Nobelpreis belohnt, 2003 gab es den Medizinnobelpreis für Lauterbur und Mansfield, die die Technik vorantrieben und für die Medizin nutzbar machten. Aber was ist ein „Kernspin“? Wie entstehen Bilder ganz ohne Strahlung? Und was leistet die Magnet-Resonanz-Tomographie heute?

Alle Gewebe unseres Körpers sind aus Atomen aufgebaut. Diese bestehen aus Elementarteilchen: Protonen, Elektronen und Neutronen. Entscheidend für die Magnetresonanztomographie sind die Protonen. Eine wichtige Eigenschaft der Protonen ist der Spin. Man kann sich den Spin einfachheitshalber vorstellen als eine ständige Drehung um eine Achse, etwa wie einen Kreisel. Durch diesen Spin sind die Protonen magnetisch und sie richten sich in einem starken Magnetfeld parallel zu diesem Feld aus, wie kleine Kompassnadeln (Abb. 9). In der Röhre des Magnet-Resonanz-Tomographen befindet sich beispielsweise der Patient nun in einem Magnetfeld, dass rund 50.000 mal stärker ist als das magnetische Feld der Erde. Die Protonen überall im Körper des Patienten ordnen sich also parallel an (Abb.10). Nun schaltet man kurzzeitig einen elektromagnetischen Impuls an, vergleichbar mit einem starken Radiosender. Dieser Impuls stört die Ordnung der Protonen. Sie kippen aus der Richtung des Magnetfelds und geben ein schwaches Signal ab, das man messen kann. Doch sobald der Radioimpuls verschwindet, ordnen sich die Protonen wieder wie Kompassnadeln parallel zum Magnetfeld des Tomographen an und das Signal nimmt ab. In verschiedenen Geweben dauert es unterschiedlich lange, bis die Ordnung wieder hergestellt ist, das Signal wird also unterschiedlich lange ausgesendet. Indem weitere Elektromagneten in verschieden Abfolgen an- und ausgeschaltet werden (unterschiedliche Messsequenzen), kann man Bilder mit unterschiedlichen Kontrasten des Gehirns erstellen (Abb. 11). Sie können im Tunnel alle 30 Minuten hören, wie es klingen kann, wenn Spulen während einer MRT-Messung an- und ausgeschaltet werden.

Strukturelle MRT Bilder des Gehirns können krankhafte Veränderungen sichtbar machen. Über die Funktion der Zellen verraten sie aber nichts. Doch genau das ist in der Hirnforschung besonders spannend. Mit der „funktionellem“ MRT (fMRT) kann man allerdings feststellen, wann Gruppen von Nervenzellen aktiv sind, und wann nicht. Wie funktioniert das nun? Nervenzellen verbrauchen bei ihrer Arbeit Sauerstoff (O2). Dieser wird überall im Körper über das Blut herantransportiert. Der O2-Transporter ist dabei der rote Blutfarbstoff, das Hämoglobin. Je mehr O2 verbraucht wird, desto stärker wird in diesem Gebiet der Blutfluss und je mehr Sauerstoff wird herausgeholt. Die Unterschiede im Sauerstoffgehalt können wird messen, da sauerstoffreiches Blut andere magnetische Eigenschaften als sauerstoffarmes Blut hat (Abb.12). Später kann mittels Computerprogrammen analysiert werden, welche Hirnareale zu welcher Zeit aktiviert waren. Einzelne Zellen kann man auf diese Weise allerdings nicht untersuchen, aktivierte Areale umfassen mindestens einige hundert Zellen.

In der Klinik ist vor allem die strukturelle MRT von Bedeutung. Der Vorteil gegenüber der anderen „Röhre“, der Röntgenstrahltechnik der Computertomographie (CT), liegt im besseren Darstellung von Weichteilen: Hirnsubstanz, Knorpel, Bandscheiben... In der Hirnforschung spielt die funktionelle MRT eine immer größere Rolle. Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Dr. Bettina Pfleiderer am Institut für klinische Radiologie des Uniklinikum Münster (Direktor: Univ. Prof. Dr. W. Heindel) untersucht mit dieser Methode unter anderem die Verarbeitung von Sinnesreizen wie Musik, Bildern, Gesichtern oder Berührungen im Gehirn bei Patienten mit verschiedensten Krankheitsbildern. Im Mittelpunkt steht außerdem die Suche nach dem Einfluss von Hormonen auf das Gedächtnis oder nach Besonderheiten des weiblichen Gehirns. Gibt es zum Beispiel das Sprachareal für Frauen? Die Möglichkeiten der funktionellen Untersuchung werden allerdings zu leicht überschätzt: Da nach der eigentlichen Messung viel Rechenarbeit notwendig ist, kann das Gehirn bislang keinesfalls „live“ beobachtet werden. Auch können keine einzelnen Nervenzellen untersucht werden. Die betrachteten Areale umfassend mindestens einige hundert Zellen. Um seine Privatsphäre muss sich daher noch kein Proband sorgen; alle heutigen Methoden sind weit entfernt vom „Gedanken lesen“... (Autor: Moritz Fiebig)

Bei der Untersuchung des Gehirns in einem Magnet-Resonanz-Tomographen wird zur Bilderzeugung Strom in zahlreichen Spulen des Gerätes an- und ausgeschaltet. Aufgrund dieser schnellen Schaltvorgänge entstehen die bei einer MR-Untersuchung typischen, manchmal lauten Klopf- und Brummgeräusche. Diese Geräusche haben wir aufgenommen und zu Musik arrangiert. Viel Spaß!