Kernspintomografie (Kernspintomographie)

Die auch Magnetresonanztomografie (MRT) genannte Technik ermöglicht es, Organe und Gewebe im Körperinneren sehr detailliert darzustellen. So macht sie viele krankhafte Veränderungen sichtbar

von Ulrich Kraft, aktualisiert am 17.04.2014

Kernspintomografie des Kopfes

W&B/Bert Bostelmann

Bei der Kernspintomografie handelt es sich um ein relativ neues Diagnoseverfahren. Trotzdem ist es aus dem medizinischen Alltag bereits nicht mehr wegzudenken. Weil die Untersuchungsmethode auf Magnetismus beruht, geht sie – anders als die Computertomografie – nicht mit einer Exposition durch Röntgenstrahlung einher.

Was ist eine Kernspintomografie?

Die Kernspintomografie – oft auch als Magnetresonanztomografie oder kurz MRT bezeichnet – gehört zu den bildgebenden Untersuchungsverfahren. Mit Hilfe eines starken Magnetfelds, zusätzlichen Wechselfeldern, Messantennen und eines Computers erzeugt der Kernspintomograf Schnittbilder des Körperinneren. Der Name ist abgeleitet vom altgriechischen Wort „tome“ für Schnitt.

Die MRT-Bilder sind sehr detailgenau, so dass auch kleine Veränderungen nachgewiesen werden können. Außerdem ermöglichst das MRT Aufnahmen in jeder gewünschten Körperebene – also nicht nur quer durch den Körper, sondern auch längs und schräg. Und im Gegensatz zum konventionellen Röntgen oder der Computertomografie setzt die Untersuchung den Patienten dabei keiner Strahlenbelastung aus.

Deshalb nimmt diese Methode heute einen festen Platz in der medizinischen Diagnostik ein. In vielen Bereichen ist die MRT momentan das bildgebende Verfahren, das krankhafte Veränderungen am besten sichtbar machen kann.


Wer hat die Kernspintomografie entwickelt?

An der Entwicklung der Kernspintomografie waren viele geniale Köpfe beteiligt: So beschrieb der Mathematiker Jean-Baptiste Joseph Fourier bereits Anfang des 19. Jahrhunderts die nach ihm benannte Fourier-Transformation. Sie wird bis heute benutzt, um MRT-Bilder zu errechnen. 1946 fanden Felix Bloch und Edward Purcell unabhängig voneinander heraus, dass bestimmte Atomkerne in einem externen Magnetfeld hochfrequente Radiowellen absorbieren können. Für die Entdeckung dieser so genannten Kernspinresonanz erhielten die beiden Wissenschaftler 1952 den Physik-Nobelpreis.

Die Weiterentwicklung zu einer medizinischen Technik trieben dann in den 1970er Jahren vor allem zwei Männer voran: Der amerikanische Chemiker und Radiologe Paul Christian Lauterbur und der britische Physiker Sir Peter Mansfield. 2003 erhielten sie dafür den Medizin-Nobelpreis. Mit Beginn der 1980er Jahre zog die MRT zunehmend in den klinischen Alltag ein.


MRT-Querschnitt des Gehirns. Die hellen Bereiche sind flüssigkeitsgefüllte Hohlräume

Foto: W&B/ Klinik für Radiologie, Universität Innsbruck

Wie funktioniert die Kernspintomografie?

Die Kerne von Wasserstoffatomen haben die Eigenschaft, sich um ihre eigene Achse drehen zu können – wie winzige Kreisel. Durch diese Kernspin genannte Drehung erzeugen sie ein eigenes schwaches Magnetfeld, werden also selbst zu Magneten. Dies sowie die Tatsache, dass Wasserstoff das vorherrschende Element im menschlichen Körper ist, macht man sich bei der Kernspintomografie zu nutze.

Im Inneren des MRT-Geräts befindet sich ein Magnet. Er erzeugt ein Magnetfeld, das viele Tausend Mal stärker ist als das der Erde. Dieses Magnetfeld richtet die Wasserstoffatome wie Kompassnadeln parallel zueinander aus – statt dass sie weiterhin ungeordnet in alle möglichen Richtungen zeigen.

Diese Ordnung wird dann absichtlich gestört. Und zwar durch Radiowellen einer bestimmten Frequenz und Stärke, die der Kernspintomograf als kurze Impulse in die zu untersuchende Körperregion sendet. Die Wasserstoffatome nehmen die in den elektromagnetischen Wellen enthaltene Energie auf.  Dadurch geraten sie quasi ins Wanken und kippen aus der Reihe.

Sobald der Radiowellenimpuls vorbei ist, richten sich die Atomkerne wieder parallel zum Magnetfeld aus, kehren also in ihre ursprüngliche Lage zurück. Während dieser so genannten Relaxation geben sie die aufgenommene Energie wieder ab, in Form von Radiowellen. Diese Signale registrieren hoch empfindliche Antennen im MRT-Gerät. Ein Computer verrechnet die Messdaten dann zu Schnittbildern des menschlichen Körpers.

Entscheidend ist, dass die gemessenen Signale nicht von überall gleichzeitig eintreffen. Denn wie schnell die Wasserstoffatome sich zurückdrehen, welche Energie sie also wann abgeben, hängt davon ab, in welcher Art Gewebe sie sich befinden. Anders formuliert: In jedem Gewebe haben die Atomkerne eine charakteristische Abklingzeit. Daher unterscheiden sich die Gewebearten in ihrem Signal. Diese Signalverläufe setzt der Computer dann zu einem MRT-Bild um, das Organe und Gewebe sehr detailliert darstellt und an Hand ihrer Helligkeit voneinander abgrenzbar macht.


Mit der MRT sind auch Längsschnitte durch den Kopf möglich

Ingram/RYF

Was ist im Vorfeld einer Kernspintomografie zu beachten?

Vor einer Kernspintomografie findet immer ein Aufklärungsgespräch statt. Dabei erklärt der Arzt – zumeist ein Radiologe – dem Patienten, wie die Untersuchung abläuft, welche Risiken bestehen und ob es Alternativen gibt. Außerdem fragt er nach dessen Gesundheitszustand und prüft, ob Einwände gegen ein MRT vorliegen. Vor oder bei diesem Gespräch bekommt der Patient einen Aufklärungsbogen. Dieser enthält noch einmal die wichtigsten Informationen.

Das starke Magnetfeld im Inneren des Tomografen zieht Metallteile an. Außerdem können sie sich erwärmen und schlimmstenfalls zu Verbrennungen führen. Deshalb sollte der Patient möglichst alle metallhaltigen Gegenstände vor Betreten des Untersuchungsraums ablegen. Dazu gehören:

  • Schmuck: Ringe, Armbänder, Uhren, Ketten, Ohrringe, Haarspangen, Piercings
  • Kleidung mit Knöpfen, Schnallen oder Reißverschlüssen aus Metall, Bügel-BHs, Gürtel
  • medizinische Hilfsmittel wie Hörgerät, Brille, Zahnspangen und herausnehmbarer Zahnersatz mit Metallteilen
  • Kugelschreiber, Schlüsselbund, Geldbeutel, Münzen

Metallteile und Implantate im Körper

Fast noch wichtiger ist, dass Patienten, die Metallteile im Körper tragen, dies dem medizinischen Personal vorab sagen. Hierzu zählen beispielsweise:

  • künstlicher Gelenkersatz
  • Schrauben, Drähte und Platten in den Knochen nach einer Bruchversorgung
  • chirurgische Klammern (Clips)
  • Gefäßstützen (Stents)
  • feste Zahnprothesen
  • Spirale zur Schwangerschaftsverhütung
  • künstliche Herzklappen
  • Tätowierungen mit metallhaltigen Farben

Neuere Metallimplantate bestehen inzwischen oft aus nicht magnetisierbarem Material wie Titan. Deshalb sind sie oft unproblematisch. Vor der Untersuchung muss jedoch zwingend geprüft werden, ob das in Frage stehende Implantat tatsächlich MRT-geeignet ist.


Bei Patienten mit Herzschrittmachern oder implantierbaren Defibrillatoren (ICD) ist eine Kernspintomografie meist nicht möglich, da es zu Schädigung am Implantat und auch am Patienten kommen kann. Das Gleiche gilt für eingebaute Insulinpumpen oder ein Cochleaimplantat – also ein künstliches Innenohr. Inzwischen ist zwar auch ein MRT-geeigneter Herzschrittmacher verfügbar, aber auch hier darf die MRT nur unter strengen Auflagen und Überwachung des Patienten durchgeführt werden, so dass der behandelnde Arzt auch über diesen Schrittmachertyp vor der Untersuchung zu informieren ist.

Chipkarten wie EC- oder Kreditkarte und Geräte wie Handy oder MP-3-Player haben im Untersuchungsraum nichts verloren, weil das Magnetfeld sie beschädigen wird bzw. größere Gegenstände mit metallischen Anteilen (zum Beispiel ein Handy) vom MRT-Gerät angezogen werden.


Wie läuft die Untersuchung ab?

Zwar gibt es in einigen Kliniken heute auch offene MRT-Scanner, die den Patienten nicht vollständig umschließen. Nachteil dieser Geräte ist die oft nicht so gute Bildqualität im Vergleich zu den „klassischen“ Geräten. Diese „klassischen“ MTRs sind als Röhre gebaut. Für die Untersuchung fährt eine Liege den Patienten so weit in den ringförmigen Magnettunnel, bis der zu untersuchende Körperbereich sich in der Röhrenmitte befindet.


Ohrstöpsel dämpfen die lauten Geräusche der MRT

W&B/Simon Katzer

Aus technischen Gründen erzeugen Kernspintomografen sehr laute Klopfgeräusche. Ohrstöpsel oder Schallschutzkopfhörer dämpfen sie auf ein erträgliches Maß. Wenn das medizinische Personal alle Vorbereitungen abgeschlossen hat, verlässt es den Untersuchungsraum. Der Bedienplatz, von dem die medizinisch-technische Radiologieassistentin (MTRA) die Untersuchung steuert, hat ein Fenster, so dass sie immer sehen kann, wie es dem Patienten geht. Außerdem stehen Untersuchter und Untersucher die ganze Zeit über eine Gegensprechanlage miteinander in Verbindung.

Je nach Fragestellung und Zahl der Aufnahmen dauert eine Magnetresonanztomografie zwischen wenigen Minuten und einer Stunde, selten auch länger. Meistens liegt die Untersuchungszeit zwischen 20-30 Minuten. Schon kleine Bewegungen des Patienten können die Bildqualität stark beeinträchtigen. Deshalb sollte er während der Untersuchung so ruhig wie möglich liegen.


Kontrastmittel erleichtert das Erkennen vieler krankhafter Prozesse

Thinkstock/Stockbyte

Was bewirkt ein Kontrastmittel?

Manche Gewebe – beispielsweise Muskulatur und Blutgefäße – sehen in den MRT-Bildern sehr ähnlich aus. Ein Kontrastmittel hilft, sie besser voneinander abzugrenzen. Es sorgt dafür, dass sich die Signale bestimmter Gewebearten verändern. Dadurch sind sie auf den Aufnahmen besser zu erkennen. Verabreicht wird das Kontrastmittel in der Regel in die Vene.

Wann wird die Kernspintomografie eingesetzt?

Die Ärzte setzen die Kernspintomografie ein, um verschiedenste Krankheiten festzustellen beziehungsweise auszuschließen. Darüber hinaus lässt sich mit dem MRT auch kontrollieren, wie eine Krankheit verläuft und ob die Therapie die erwünschte Wirkung zeigt.

Manche Organe zeichnet die Kernspintomografie allerdings nicht so gut auf wie die Computertomografie. Dazu zählt zum Beispiel die Lunge, deren Strukturen sich in der MRT weniger scharf abbilden als in der CT. Von den meisten anderen Organen und Geweben liefert die Kernspintomografie aber höchst detaillierte Darstellungen. Auf ihnen kann der geschulte Arzt oder die geschulte Ärztin selbst kleine Veränderungen erkennen und deren Lage und Ausdehnung beurteilen.

Eine Domäne der Kernspintomografie ist die Tumordiagnostik. Hier nützen Ärzte die MRT, um einen Krebsverdacht auszuschließen oder abzusichern und um eventuell vorhandene Töchtergeschwülste zu finden.

Auch Gehirn, Rückenmark und Bandscheiben lassen sich sehr gut beurteilen. Gleiches gilt für Blutgefäße, Sehnen, Muskeln, Bänder, Gelenkweichteile wie Knorpel und Meniskus, die Brustdrüse und die inneren Organe in Bauchraum und Becken.


Welche Weiterentwicklungen der Kernspintomografie gibt es?

Die Echtzeit-MRT kann inzwischen sogar Bewegungen von Organen – etwa das schlagende Herz – quasi live sichtbar machen. Mit diesem Verfahren kann somit die Funktion eines Organes besser beurteilt werden und es können diagnostische und therapeutische Eingriffe unter Sichtkontrolle und damit sehr präzise erfolgen. Darüber hinaus ist die Kernspintomografie ein wichtiges Hilfsmittel zur genauen Planung von Operationen oder einer Strahlentherapie.

Eine zweite Weiterentwicklung ist die sogenannte funktionelle MRT (fMRT). Sie zeichnet die Durchblutung von Gehirnbereichen auf. Dadurch weist sie darauf hin, welche Gehirnstrukturen bei verschiedenen Aufgaben besonders aktiv sind, also mit welchen Strukturen der Untersuchte denkt.

Die Kernspinspektroskopie ermöglicht den Gehalt von bestimmten Stoffwechselprodukten im Gewebe zu messen. Das nützen Radiologen beispielsweise bei der Diagnostik von Prostatakrebs, um Drüsengewebe besser von Tumorgewebe zu unterscheiden.

Hinweis: Die gesetzlichen Krankenkassen zahlen derzeit zwar die MRT der Prostata auf Überweisungsschein, aber üblicherweise nicht die Kernspinspektroskopie.


Die ersten drei Monate in der Schwangerschaft wird das MRT nur in Notfällen eingesetzt

W&B/Forster & Martin

Welche Risiken und Nebenwirkungen hat die Kernspintomografie?

Anders als die Computertomografie geht die Kernspintomografie nicht mit einer Strahlenexposition einher.

Die bei der MRT verwendeten Kontrastmittel können allergische Reaktionen auslösen. Das Spektrum der dabei auftretenden Beschwerden reicht von Übelkeit und leichtem Unwohlsein bis hin zum Kreislaufzusammenbruch. Statistiken zeigen aber, dass solch schwere Überempfindlichkeitsreaktionen sehr selten sind. Falls es schon einmal zu einer Kontrastmittel-Allergie gekommen ist, sollte der Patient den Arzt aber unbedingt vorab darüber informieren. Gleiches gilt bei einer Nierenerkrankung, da bei eingeschränkter Nierenfunktion möglicherweise kein Kontrastmittel gegeben werden darf.

Bei MRT-Untersuchungen ohne Kontrastmittel wiesen Studien bislang keine Nebenwirkungen nach. Aus Sicherheitsgründen sollten werdende Mütter aber in den ersten drei Schwangerschaftsmonaten nur in Notfällen eine Kernspintomografie bekommen.


Universitätsklinikum Düsseldorf

Beratender Experte: Prof. Dr. Gerald Antoch. Er erlangte die Facharztanerkennung am Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Neuroradiologie des Universitätsklinikums Essen. Ab 2008 arbeitete er dort als Leitender Oberarzt und stellvertretender Direktor. 2006 habilitierte er sich und erhielt die Venia legendi für das Fach "Diagnostische Radiologie" durch die Medizinische Fakultät der Universität Duisburg-Essen. 2009 ernannte ihn die Universität Duisburg-Essen zum Apl.-Professor. Seit 2010 ist Herr Prof. Antoch Lehrstuhlinhaber für Radiologie an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf und Direktor des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am Universitätsklinikum Düsseldorf.


Quellen:
1. Herold G: Innere Medizin 2013, Köln Selbstverlag
2. Berufsverband Deutscher Internisten. Online: http://www.internisten-im-netz.de (Abgerufen am 13.8.2013)
3. Reiser M, Kuhn F-P, Debus J: Duale Reihe Radiologie, 3. Auflage, Thieme Verlag 2011
4. American College of Radiology: ACR Practice Guideline for Performing an Interpreting Magnetic Resonance Imaging (MRI). Revised 2011
http://www.acr.org/~/media/ACR/Documents/PGTS/guidelines/MRI.pdf
5. Leitlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung in der Magnet-Resonanz-Tomografie. 29. September 2000. Online:
www.drg.de/media/document/1688/MagnetResonanz.pdf (abgerufen am 13.8.2013)


Wichtiger Hinweis:
Dieser Artikel enthält nur allgemeine Hinweise und darf nicht zur Selbstdiagnose oder –behandlung verwendet werden. Er kann einen Arztbesuch nicht ersetzen. Die Beantwortung individueller Fragen durch unsere Experten ist leider nicht möglich.



Bildnachweis: W&B/Bert Bostelmann, W&B/Forster & Martin, Foto: W&B/ Klinik für Radiologie, Universität Innsbruck, Thinkstock/Stockbyte, Universitätsklinikum Düsseldorf, W&B/Simon Katzer, Ingram/RYF
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