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Klinische
Aspekte der
Neuroanatomie
Aspekte der
Neuroanatomie
MRT - Einführung
Magnetresonanztomographie –
axiale Aufnahme
axiale Aufnahme
Einführung in die Magnetresonanztomographie
Die Kernspin- oder Magnetresonanztomographie ist ein nicht-invasives bildgebendes Schichtbildverfahren, das mit Magnetfeldern und Radiowellen arbeitet und dadurch ohne Strahlenbelastung auskommt. Die physikalischen Prinzipien der MRT wurden 1946 von Felix Bloch und Edward Purcell unabhängig voneinander entdeckt. Die klinische Anwendung der MRT ist den Arbeiten von Paul C. Lauterbur und Peter Mansfield zu verdanken, denen es gelang, die ersten Bildgebungen zu erzeugen. Seit 1980 gewann die MRT immer mehr an Bedeutung und ist mittlerweile eines der wichtigsten Verfahren in der bildgebenden klinischen Routinediagnostik. Die Untersuchungsmethode beruht auf dem physikalischen Prinzip, dass Atomkerne mit ungerader Protonen- und Neutronenzahl über einen Eigendrehimpuls (engl.: spin) verfügen, wodurch sie ein kleines, atomares Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld hat ein magnetisches Moment der Atomkerne zur Folge. Der für die Messung geeignetste Atomkern mit einem derartigen Moment ist Wasserstoff [H], der in genügend großer Anzahl im menschlichen Körper vorhanden ist, um eine ausreichende Signalintensität zu erzeugen. Ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfelds sind die H-Atomkerne zufällig im Raum orientiert, so dass sich die magnetischen Momente ausgleichen. In einem starken Magnetfeld (bei der MRT üblicherweise 0,5-3 Tesla) kommt es zur Ausrichtung dieser Kerne in einer charakteristischen Weise (Magnetisierung in Feldrichtung=Längsmagnetisierung) sowie zur Präzession (Kreiselbewegung der Protonen um ihre Längsachse bzw. um die Feldachsen) in gleicher Frequenz. Die Ausrichtung der Kerne kann in Richtung des Magnetfelds (parallel) oder in entgegen gesetzter Richtung (anti-parallel) erfolgen. Mittels eines senkrecht zum Magnetfeld ausgerichteten Hochfrequenzimpulses (Radiowelle; diese muss dieselbe Frequenz wie die Präzessionsfrequenz der Protonen besitzen -> Lamorfrequenz) werden die Protonen aus ihrer ursprünglichen Richtung ausgelenkt (‚umgeklappt’) und ihre Kreiselbewegungen kurzzeitig synchronisiert (Phasenkohärenz), wodurch eine senkrecht zu den Feldlinien des äußeren Magnetfelds verlaufende Quer- oder Transversalmagnetisierung entsteht. Nach Abschalten des Anregungsimpulses kehren die Protonen in ihre Ausgangsposition (T1-Relaxation=Wiederausrichtung entlang des äußeren Magnetfelds) zurück und geben dabei einen Teil der zuvor aufgenommenen Energie in Form elektromagnetischer Wellen ab. Der Prozess der Wiederausrichtung hängt von der Größe und Beweglichkeit der Moleküle sowie der Feldstärke ab und damit im Wesentlichen von der Fähigkeit der Umgebung, Wärme aufzunehmen. Gewebe, bei denen dieser Wärmetransfer recht schnell von statten geht, stellen sich in T1-gewichteten Bildern hell dar (z. B. Fettgewebe). Gewebe mit langsamem Wärmetransfer erscheinen dunkel (z. B. Liquor). Mit dem Ausschalten des Hochfrequenzimpulses verlieren die Atomkerne auch ihre phasensynchrone Kreiselbewegung. Der damit verbundene Rückgang der Quermagnetisierung wird als T2-Relaxation bezeichnet und hängt von den Veränderungen des lokalen Magnetfelds durch benachbarte Atome ab. Gewebe, die relativ lange eine Quermagnetisierung aufrechterhalten können, stellen sich in T2-gewichteten Bildern hell dar (z. B. Liquor).
Neben den beschriebenen T1- und T2-Wichtungen gibt es noch die Protonen- oder Spindichte, die nur von der Verteilung der Spins beeinflusst wird. Schränkt man den Einfluss der T1- und T2-Relaxation weitgehend ein, erhält man Bilder, die von der Dichte der Spins abhängen. Gewebe mit einer hohen Spindichte stellen sich hell dar. Die durch die erwähnten Anregungen erzeugte und empfangene elektromagnetische Energie kann mit Hilfe von hochempfindlichen Empfängern registriert und mit zusätzlichen Magnetfeldern (Gradientenfeldern) lokalisiert sowie nach weiterer Verarbeitung zu einem digitalen - anatomisch interpretierbarem - Schnittbild zusammengesetzt werden. Die Intensität der Signale wird in Grauwerte umgesetzt. Da sie von verschiedenen Parametern abhängt, gibt es keine Normwerte (wie Hounsfieldeinheiten bei der Computertomographie) für das Signal bestimmter Gewebe sondern nur arbiträre Einheiten, die diagnostisch nicht verwertbar sind. Die Bildinterpretation stützt sich auf den Gesamtkontrast, die Messsequenzen und die Signalunterschiede zwischen den Geweben. Bei der Bildbeschreibung werden daher die Begriffe hyperintens für signalreich, hell und hypointens für signalarm, dunkel verwendet. Neben der rein anatomischen Bildwiedergabe werden zunehmend auch funktionelle Aspekte in der MRT dargestellt wie z. B. diffusionsgewichtete Aufnahmen, die die Diffusionskapazität des Hirnparenchyms zeigen können. Somit kann früh durch die Darstellung ödematöser Strukturen eine Ischämie sicher diagnostiziert werden.
Referenzen:
-Bücheler, E., Lackner, K.-J., Thelen, M.: Einführung in die Radiologie (11. Auflage 2006), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Fleckenstein, P., Tranum-Jensen, J.: Röntgenanatomie (1. Auflage 2004), Urban & Fischer Verlag Elsevier GmbH, München
-Lemke, A.-J., Felix, R.: Kontrastverstärkte MRT-Bildgebung (2004), Bengelsdorf und Schimmel, Berlin
-Möller, T.B., Reif, E.: Taschenatlas der Schnittbildanatomie (Bd 1) (1. Auflage 1993), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Oestmann, J.W.: Radiologie, Vom Fall zur Diagnose (2.Auflage 2005), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Schild H. H.: MRI Made Easy (6th Edition 2000), Schering AG
-Schünke, M., Schulte, E., Schumacher, U.: Prometheus. LernAtlas Anatomie - Kopf und Neuroanatomie (1. Auflage 2006),
Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
http://www.klinik.uni-frankfurt.de/bic/mrt_allgemein.htm
http://www.akh-wien.ac.at/bmtp/block2/bildgeb2.htm
http://shifz.org/papers/nmr.pdf
http://www.fmri-easy.de
Die Kernspin- oder Magnetresonanztomographie ist ein nicht-invasives bildgebendes Schichtbildverfahren, das mit Magnetfeldern und Radiowellen arbeitet und dadurch ohne Strahlenbelastung auskommt. Die physikalischen Prinzipien der MRT wurden 1946 von Felix Bloch und Edward Purcell unabhängig voneinander entdeckt. Die klinische Anwendung der MRT ist den Arbeiten von Paul C. Lauterbur und Peter Mansfield zu verdanken, denen es gelang, die ersten Bildgebungen zu erzeugen. Seit 1980 gewann die MRT immer mehr an Bedeutung und ist mittlerweile eines der wichtigsten Verfahren in der bildgebenden klinischen Routinediagnostik. Die Untersuchungsmethode beruht auf dem physikalischen Prinzip, dass Atomkerne mit ungerader Protonen- und Neutronenzahl über einen Eigendrehimpuls (engl.: spin) verfügen, wodurch sie ein kleines, atomares Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld hat ein magnetisches Moment der Atomkerne zur Folge. Der für die Messung geeignetste Atomkern mit einem derartigen Moment ist Wasserstoff [H], der in genügend großer Anzahl im menschlichen Körper vorhanden ist, um eine ausreichende Signalintensität zu erzeugen. Ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfelds sind die H-Atomkerne zufällig im Raum orientiert, so dass sich die magnetischen Momente ausgleichen. In einem starken Magnetfeld (bei der MRT üblicherweise 0,5-3 Tesla) kommt es zur Ausrichtung dieser Kerne in einer charakteristischen Weise (Magnetisierung in Feldrichtung=Längsmagnetisierung) sowie zur Präzession (Kreiselbewegung der Protonen um ihre Längsachse bzw. um die Feldachsen) in gleicher Frequenz. Die Ausrichtung der Kerne kann in Richtung des Magnetfelds (parallel) oder in entgegen gesetzter Richtung (anti-parallel) erfolgen. Mittels eines senkrecht zum Magnetfeld ausgerichteten Hochfrequenzimpulses (Radiowelle; diese muss dieselbe Frequenz wie die Präzessionsfrequenz der Protonen besitzen -> Lamorfrequenz) werden die Protonen aus ihrer ursprünglichen Richtung ausgelenkt (‚umgeklappt’) und ihre Kreiselbewegungen kurzzeitig synchronisiert (Phasenkohärenz), wodurch eine senkrecht zu den Feldlinien des äußeren Magnetfelds verlaufende Quer- oder Transversalmagnetisierung entsteht. Nach Abschalten des Anregungsimpulses kehren die Protonen in ihre Ausgangsposition (T1-Relaxation=Wiederausrichtung entlang des äußeren Magnetfelds) zurück und geben dabei einen Teil der zuvor aufgenommenen Energie in Form elektromagnetischer Wellen ab. Der Prozess der Wiederausrichtung hängt von der Größe und Beweglichkeit der Moleküle sowie der Feldstärke ab und damit im Wesentlichen von der Fähigkeit der Umgebung, Wärme aufzunehmen. Gewebe, bei denen dieser Wärmetransfer recht schnell von statten geht, stellen sich in T1-gewichteten Bildern hell dar (z. B. Fettgewebe). Gewebe mit langsamem Wärmetransfer erscheinen dunkel (z. B. Liquor). Mit dem Ausschalten des Hochfrequenzimpulses verlieren die Atomkerne auch ihre phasensynchrone Kreiselbewegung. Der damit verbundene Rückgang der Quermagnetisierung wird als T2-Relaxation bezeichnet und hängt von den Veränderungen des lokalen Magnetfelds durch benachbarte Atome ab. Gewebe, die relativ lange eine Quermagnetisierung aufrechterhalten können, stellen sich in T2-gewichteten Bildern hell dar (z. B. Liquor).
Neben den beschriebenen T1- und T2-Wichtungen gibt es noch die Protonen- oder Spindichte, die nur von der Verteilung der Spins beeinflusst wird. Schränkt man den Einfluss der T1- und T2-Relaxation weitgehend ein, erhält man Bilder, die von der Dichte der Spins abhängen. Gewebe mit einer hohen Spindichte stellen sich hell dar. Die durch die erwähnten Anregungen erzeugte und empfangene elektromagnetische Energie kann mit Hilfe von hochempfindlichen Empfängern registriert und mit zusätzlichen Magnetfeldern (Gradientenfeldern) lokalisiert sowie nach weiterer Verarbeitung zu einem digitalen - anatomisch interpretierbarem - Schnittbild zusammengesetzt werden. Die Intensität der Signale wird in Grauwerte umgesetzt. Da sie von verschiedenen Parametern abhängt, gibt es keine Normwerte (wie Hounsfieldeinheiten bei der Computertomographie) für das Signal bestimmter Gewebe sondern nur arbiträre Einheiten, die diagnostisch nicht verwertbar sind. Die Bildinterpretation stützt sich auf den Gesamtkontrast, die Messsequenzen und die Signalunterschiede zwischen den Geweben. Bei der Bildbeschreibung werden daher die Begriffe hyperintens für signalreich, hell und hypointens für signalarm, dunkel verwendet. Neben der rein anatomischen Bildwiedergabe werden zunehmend auch funktionelle Aspekte in der MRT dargestellt wie z. B. diffusionsgewichtete Aufnahmen, die die Diffusionskapazität des Hirnparenchyms zeigen können. Somit kann früh durch die Darstellung ödematöser Strukturen eine Ischämie sicher diagnostiziert werden.
Referenzen:
-Bücheler, E., Lackner, K.-J., Thelen, M.: Einführung in die Radiologie (11. Auflage 2006), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Fleckenstein, P., Tranum-Jensen, J.: Röntgenanatomie (1. Auflage 2004), Urban & Fischer Verlag Elsevier GmbH, München
-Lemke, A.-J., Felix, R.: Kontrastverstärkte MRT-Bildgebung (2004), Bengelsdorf und Schimmel, Berlin
-Möller, T.B., Reif, E.: Taschenatlas der Schnittbildanatomie (Bd 1) (1. Auflage 1993), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Oestmann, J.W.: Radiologie, Vom Fall zur Diagnose (2.Auflage 2005), Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
-Schild H. H.: MRI Made Easy (6th Edition 2000), Schering AG
-Schünke, M., Schulte, E., Schumacher, U.: Prometheus. LernAtlas Anatomie - Kopf und Neuroanatomie (1. Auflage 2006),
Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart
http://www.klinik.uni-frankfurt.de/bic/mrt_allgemein.htm
http://www.akh-wien.ac.at/bmtp/block2/bildgeb2.htm
http://shifz.org/papers/nmr.pdf
http://www.fmri-easy.de