Wir können heute in den menschlichen Körper hineinschauen, ohne ihn zu öffnen und ohne Röntgenstrahlen. Wie ist das möglich? Wie funktioniert ein Kernspintomograph?
Ein Kernspintomograph nutzt winzige Magnete im Inneren unseres Körpers. Genauer gesagt: Er nutzt die magnetischen Eigenschaften der Wasserstoffkerne. Aus ihren Signalen entstehen detaillierte Bilder des Körperinneren.
Wikipedia: Magnetresonanztomographie | Bildgebende Verfahren | Spin
Begriffe: Kernspintomographie, Magnetresonanztomographie, Proton, Wasserstoffkern, Spin, Magnetfeld, Radiowellen, Präzession, Relaxation
Hintergrund
Die Magnetresonanztomographie (MRT), auch Kernspintomographie genannt, ist ein bildgebendes Verfahren der Medizin. Sie ermöglicht Schnittbilder des Körpers in allen Raumrichtungen.
Im Unterschied zu Röntgen oder Computertomographie arbeitet die MRT nicht mit ionisierender Strahlung. Stattdessen nutzt sie starke Magnetfelder und Radiowellen.
Der Schlüssel liegt in den Wasserstoffkernen. Sie sind im menschlichen Körper sehr häufig, zum Beispiel im Wasser und im Fett.
Im Detail
Wasserstoffkerne besitzen eine quantenmechanische Eigenschaft, den sogenannten Spin. Vereinfacht kann man ihn sich wie eine Eigendrehung vorstellen.
Durch diesen Spin verhalten sich die Kerne wie kleine Stabmagnete.
Ohne äußeres Magnetfeld zeigen diese Mini-Magnete in alle möglichen Richtungen. Es gibt keine bevorzugte Orientierung.
Wird der Patient in das starke Magnetfeld des MRT gebracht, richten sich die Spins überwiegend parallel zum Magnetfeld aus. Das ist der energetisch günstigste Zustand.
Nun werden Radiowellen eingestrahlt. Diese liefern genau die Energie, um die Spins aus ihrer Ausrichtung zu kippen.
Die Spins beginnen nun um die Richtung des Magnetfeldes zu rotieren. Man nennt diese Bewegung Präzession. Dabei entsteht eine messbare Magnetisierung.
Schaltet man die Radiowellen wieder ab, kehren die Spins in ihre ursprüngliche Ausrichtung zurück. Dabei senden sie elektromagnetische Signale aus.
Diese Signale werden von Empfangsspulen gemessen. Ein Computer wertet sie aus und berechnet daraus ein Bild.
Verschiedene Gewebe geben die Energie unterschiedlich schnell ab. Diese sogenannten Relaxationszeiten führen zu unterschiedlichen Helligkeiten im Bild.
Zusätzliche Magnetfeldgradienten sorgen dafür, dass jedem Signal ein genauer Ort im Körper zugeordnet werden kann. So entstehen räumliche Schnittbilder.
Fragen
- Warum eignen sich Wasserstoffkerne besonders gut für die MRT?
- Welche Rolle spielt das starke Magnetfeld?
- Warum werden Radiowellen benötigt?
- Was passiert, wenn die Radiowellen abgeschaltet werden?
- Warum sehen verschiedene Gewebe im MRT unterschiedlich aus?
Immer noch interessiert?
- MRT im Vergleich zu CT und Röntgen
- Spin und Präzession in der Quantenphysik
Wichtige Wörter: Magnetfeld, Proton, Wasserstoffkern, drehen, ausrichten, anregen, messen, auswerten, berechnen
Was muss ich mir merken? MRT arbeitet ohne Röntgenstrahlung. Wasserstoffkerne wirken wie kleine Magnete. Radiowellen kippen die Spins aus ihrer Ausrichtung. Beim Zurückkehren senden sie messbare Signale aus. Aus diesen Signalen entstehen Bilder des Körperinneren.