Funktionelle Magnetresonanztomografie (Funktionelle Kernspintomografie, fMRT)

Was ist das Prinzip der Magnetresonanztomografie?

Die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) ist eine Weiterentwicklung der Magnetresonanztomografie (MRT). Beide Verfahren erzeugen Schichtbilder des Körpers, ohne Röntgenstrahlen zu verwenden. Sie nutzen dazu die magnetischen Eigenschaften der häufigsten Atome im menschlichen Körper: Wasserstoff-Kerne (Protonen). Das MRT-Gerät erzeugt ein starkes Magnetfeld und zwingt die Protonen dazu, sich entsprechend der Richtung des Magnetfelds auszurichten. Dadurch rotieren die Protonen mit einheitlicher Geschwindigkeit. Das MRT-Gerät stößt die Protonen nun durch kurze Impulse aus ihrer Bahn. Unmittelbar danach richten sie sich wieder am Magnetfeld aus und geben dabei Energie ab. Das nennt man Magnetresonanz. Die abgegebene Energie wird gemessen und erzeugt ein Bild. Die verschiedenen Helligkeitsgrade des Bildes repräsentieren die Konzentration der Wasserstoffatome in dem abgebildeten Gewebe. Je nach dem verwendeten Impuls kann man zum Beispiel eher die in Wasser-Molekülen gebundenen Wasserstoffatome messen oder die in Fett-Molekülen gebundenen Wasserstoffatome.

Wie funktioniert die funktionelle MRT?

Die funktionelle MRT kann zusätzlich aktive Bereiche des menschlichen Gehirns von inaktiven unterscheiden. Je nachdem, was der Patient bei der Untersuchung macht, kann man die aktiven Bereiche dann verschiedenen Funktionen (wie Sprechen, Gedächtnis, Bewegungen) zuordnen. Ärzte sprechen von "funktionellen Arealen". Die gewonnenen Bilder helfen, unterschiedliche neurologische und psychiatrische Fragestellungen zu beantworten.
Um aktive Hirnregionen darzustellen, nutzt die fMRT den so genannten "BOLD-Effekt". BOLD steht für Blood-Oxygenation-Level Dependent. Das bedeutet, dass der Blutfarbstoff der roten Blutkörperchen andere magnetische Eigenschaften hat, wenn er Sauerstoff transportiert, als wenn er den Sauerstoff bereits an die Hirnzellen abgegeben hat. Aktive Hirnzellen benötigen mehr Sauerstoff, deshalb weiten sich dort die Blutgefäße, und mehr sauerstoffreiches Blut strömt in die entsprechende Region. Dieser Unterschied ist messbar. Das Blut fungiert also sozusagen als "körpereigenes Kontrastmittel".
Wollen die Ärzte ein bestimmtes Hirnareal untersuchen, müssen sie es gezielt reizen: Möchten sie Hirnbereiche überprüfen, die Muskeln steuern, kann dies beispielsweise durch einen Faustschluss des Patienten geschehen. Auch elektrische, optische oder akustische Reize von außen kommen zum Einsatz.

Wann wird die fMRT bei der Behandlung von Patienten angewendet?

• Hirntumore: Die fMRT spielt in der Therapieplanung von Hirntumoren eine Rolle. Ziel einer solchen Therapie ist es, den Tumor möglichst vollständig zu entfernen und dabei die Hirnfunktionen zu erhalten. Oftmals liegen Hirntumoren aber in der Nähe von Bereichen, die beispielsweise für Bewegungen, Tastsinn oder auch Sprache zuständig sind. Hier ist eine Operation natürlich riskant: Die Gefahr besteht, dass der Operateur nicht nur krankhaftes Gewebe entfernt, sondern auch daran angrenzendes gesundes Gewebe schädigt. Das könnte dann zu bleibenden Lähmungen, Sensibilitätsausfällen oder Sprachstörungen führen. Die fMRT kann klären, ob ein Tumor in einem solchen "funktionellen Areal" liegt. Mit diesem Wissen versucht der Operateur, die schonendste Therapie zu wählen. Das kann einerseits bedeuten, dass er mit Hilfe der fMRT den am besten geeigneten Zugangsweg zum Tumor findet. Andererseits kann er damit überprüfen, ob ein Eingriff überhaupt sinnvoll und möglich ist.

• Epilepsie: Zunehmende Bedeutung erlangt die fMRT in der Behandlung der Epilepsie. Bei Epilepsie-Patienten lösen starke Entladungen der Nervenzellen im Gehirn Krampfanfälle aus. Manchmal liegt die Ursache in kleinen Schädigungen der Hirnstruktur, von denen der Anfall ausgeht. Möglicherweise kann dann eine Operation das Leiden der Patienten mindern. Aber auch hier stellt sich die Frage, ob eine mögliche Operation mehr Schaden anrichtet als hilft. Bei dieser Frage kann das fMRT helfen, auch wenn es lediglich ein Baustein unter vielen Untersuchungen ist.

• Weitere Krankheiten: In der Zukunft könnte die fMRT eventuell auch bei anderen Krankheiten zum Einsatz kommen, zum Beispiel bei der Therapie von Schizophrenie-Patienten oder der chirurgischen Behandlung von Menschen mit chronischen Schmerzen.

Welcher Bereich profitiert noch von der fMRT?

Die fMRT-Technik hat in der Forschung eine kleine Revolution ausgelöst: Sie kann nicht mehr bloß Hirnstrukturen abbilden, sondern sozusagen auch dem Gehirn beim Arbeiten zuschauen. Das interessiert die Hirnforscher. Diese wollen mehr darüber in Erfahrung bringen, wie das menschliche Gehirn funktioniert. Für die psychiatrische und neurologische Grundlagenforschung wird die fMRT auch in Zukunft ein wertvolles Verfahren bleiben.

Was sind die Vorteile der fMRT?

Da bei der fMRT das Blut selbst das "körpereigene Kontrastmittel" ist, müssen die Radiologen keine künstlichen Kontrastmittel spritzen. Mit Kontrastmitteln verbundene Unverträglichkeiten oder gar körperliche Schäden (beispielsweise bei Nierenkranken) sind somit nicht zu befürchten.

Zudem erfordert die Untersuchung keinerlei chirurgischen Eingriff ("Nichtinvasivität"). Sie kann daher bestimmte Fragen bereits im Vorfeld einer Operation beantworten. Wie die etablierte MRT benötigt die fMRT keine Röntgenstrahlen.

Was ist vor der Untersuchung zu beachten?

Wie bei der MRT müssen Patienten wegen des starken Magnetfeldes alle metallischen Gegenstände vor der Untersuchung ablegen. Dies gilt beispielsweise für Schmuck, Kleidung mit Metallknöpfen und Geld. Menschen, die metallische Gegenstände oder elektrische Geräte im Körper tragen, sollten vor der Untersuchung darauf hinweisen. Zum Beispiel bei Schrauben und Gelenkprothesen ist vorab zu klären, ob sie MRT-tauglich sind. Bei Implantaten wie Herzschrittmachern, Defibrillatoren und Innenohr-Hörprothesen kann eine fMRT gefährlich sein. Besprechen Sie im Vorfeld der Untersuchung mit dem zuständigen Radiologen, ob sie eine fMRT ohne Risiko durchführen können. Ein solches Aufklärungsgespräch informiert auch allgemein über den Untersuchungsablauf und mögliche alternative Verfahren. Auch die engen räumlichen Verhältnisse im MRT und der hohe Lautstärkepegel kommen zur Sprache. Unklarheiten und Ängste können im Gespräch mit dem Arzt besprochen werden.

Gibt es gesundheitliche Risiken?

Beachten Ärzte und Patienten die genannten Einschränkungen, gilt die fMRT als sicheres Verfahren. Gesundheitliche Gefährdungen sind nicht zu erwarten.

Beratender Experte: Professor Dr. med. Jochen Gaa ist Facharzt für Radiologische Diagnostik und Oberarzt am Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie der Technischen Universität München, Klinikum rechts der Isar. Schwerpunkte seiner wissenschaftlichen Arbeit betreffen das Gebiet der Magnetresonanztomografie, insbesondere der Leber und des Pankreas, sowie der MR-Angiografie und der
Ganzkörper-MRT.