Wie funktioniert ein MRT? Vom Magnetfeld zum Bild
Das Funktionsprinzip der Magnetresonanztomographie beruht darauf, dass Spulen ein Radiosignal aus einem Körper empfangen, der zuvor in ein starkes Magnetfeld gebracht wurde. Erst in mehreren Schritten entsteht daraus ein Schnittbild, das sich auf einem Monitor betrachten lässt. Dieser Beitrag erklärt Schritt für Schritt, wie das geschieht.
Das Magnetfeld ordnet die Wasserstoffkerne
Am Anfang steht ein starkes, gleichmäßiges Magnetfeld. Der Körper enthält viel Wasser und Fett, die beide Wasserstoffkerne enthalten. Das macht Gewebe zu einer so guten Signalquelle für die Magnetresonanz: Diese Kerne sind in großer Zahl vorhanden und liefern gemeinsam ein Signal, das sich empfangen lässt. Jeder Kern besitzt einen Spin, eine Eigenschaft, durch die er sich wie ein winziger Magnet verhält.
Unter dem Einfluss des Hauptfeldes richten sich die Spins der Wasserstoffkerne im Gewebe entlang dieses Feldes aus. So entsteht der Ausgangszustand für die gesamte Messung. Dabei ist wichtig: In diesem Schritt misst das Gerät noch nichts. Es bereitet das Gewebe lediglich auf die folgenden Schritte vor.
Radioimpuls und Signal aus dem Gewebe
Im zweiten Schritt folgt ein Radioimpuls mit passend gewählter Frequenz. Er regt die ausgerichteten Wasserstoffkerne an. Die Übereinstimmung der Frequenzen ist dabei genau die Resonanz, die der Methode ihren Namen gibt. Nach dem Impuls kehren die Kerne in ihren Ausgangszustand zurück und senden dabei ein Radiosignal aus.
Spulen im Gerät fangen dieses Signal auf. Sie wandeln die sehr schwachen Wellen aus dem Gewebe in Daten um, die sich weiterverarbeiten lassen. Die Magnetresonanztomographie durchleuchtet den Körper also nicht, sondern empfängt ein Signal, das das Gewebe selbst erzeugt.
Wie Gradienten den Ort im Körper bestimmen
Das Signal der Wasserstoffkerne allein verrät noch nicht, von welcher Stelle es stammt. Die nötige Ortsinformation liefern die Gradientenspulen. Sie überlagern das Hauptfeld mit einem sanften Gefälle der Feldstärke in drei Richtungen. Dadurch sind Kerne an verschiedenen Orten einem etwas anderen Feld ausgesetzt, sodass sich ihr Signal einem bestimmten Punkt im Raum zuordnen lässt.
Gradienten sind somit der Schlüssel zur Lokalisierung. Ohne sie würde das Gerät zwar erkennen, dass das Gewebe ein Signal sendet, könnte dessen Quelle aber nicht verorten. Da das Gefälle in drei Richtungen wirkt, lässt sich die Lage im gesamten untersuchten Schnitt bestimmen und nicht nur entlang einer Linie. Dieser Schritt ist deshalb ebenso wichtig wie die Anregung der Kerne.
Der Computer berechnet das Schnittbild
Den letzten Schritt übernimmt der Computer. Er berechnet aus den gesammelten Signalen ein Schnittbild. Die mathematischen Verfahren dafür beruhen auf der Fourier-Transformation. In der Praxis werden die Rohdaten der Spulen in helle und dunkle Bereiche übersetzt, die verschiedenen Geweben entsprechen. Jeder Bildpunkt gehört dabei zu dem Ort, den die Gradienten zuvor festgelegt haben.
Auch darin unterscheidet sich das Prinzip von dem der Computertomographie. Anders als diese arbeitet die Magnetresonanztomographie ohne ionisierende Strahlung. Das Bild entsteht allein aus Magnetfeld und Radiowellen.
Zusammenfassung
Das Funktionsprinzip lässt sich in fünf aufeinanderfolgenden Schritten beschreiben. Das Feld ordnet die Wasserstoffkerne, der Radioimpuls regt sie an, Spulen empfangen das Signal, Gradienten legen seinen Ort fest, und der Computer setzt aus den Daten das Bild zusammen. Wer diese Reihenfolge versteht, kann besser nachvollziehen, wie sich das Verfahren von anderen bildgebenden Methoden unterscheidet. Lesen Sie gern auch die weiteren Beiträge von Spinschicht. Sie sind als populärwissenschaftliche Texte gedacht und ersetzen keinen ärztlichen Rat.