Magnetresonanz-Tomographie (MRT) Magnetic resonance imaging (MRI) MRT beruht auf dem Effekt der Magnetischen Kernspinresonanz (Nuclear magnetic resonance – NMR). Dieser Effekt tritt bei einigen Atomkernen auf; für die medizinische Bildgebung ist aber bis heute vor allem das Wasserstoffatom wichtig.

Wasserstoff Das einfache Wasserstoffatom (H) besteht aus dem Atomkern (= 1 Proton, p+) und der Hülle (= 1 Elektron, e-) Proton H-Atom (Größenverhältnisse stimmen nicht!) Eigendrehimpuls = Spin  Magnet (magnetisches Moment) N S  Mechanischer Kreisel  N S p+ p+ e- Jedes Proton verhält sich wie ein kleiner Magnet und mechanisch wie ein Kreisel.

Wirkung eines magnetischen Feldes Wie reagiert ein Proton, wenn ein magnetisches Feld eingeschaltet wird? Mechanischer Kreisel Proton (= Magnet und Kreisel) + Schwerkraft + Magnetfeld  Präzessionsbewegung  Präzessionsbewegung des Protons N S Das Proton versucht sich in Feldrichtung auszurichten

Larmor-Frequenz 0 = 2.f0 = .B0 Die Anzahl der Rotationen/sek in der Präzessionsbewegung nennt man Larmor-Frequenz 0 : 0 = 2.f0 = .B0 : gyromagnetisches Verhältnis (Protonen: 42,58 MHz/Tesla) B0: Stärke des Magnetfeldes (in Tesla) Die Larmor-Frequenz ist der magnetischen Feldstärke proportional.

Magnetisierung des Gewebes Das äußere Magnetfeld B0 richtet die Protonen (wie Kompassnadeln) aus und erzeugt eine geringfügige Magnetisierung des Gewebes B0 Magnetisierung des Gewebes

Magnetisierung des Gewebes Hochfrequenzwelle Durch eine elektromagnetische Welle (Radiowelle) mit der Larmor-Frequenz kann dem Proton Energie zugeführt werden  Übergang von der parallelen Ausrichtung in antiparallel (Resonanz). B0 Magnetisierung des Gewebes  Tatsächlich verschiebt sich ein dynamisches Gleichgewicht

Synchronisierung der Präzession Während der Einstrahlung der HF-Welle werden die Präzessions-bewegungen der Protonen synchronisiert (gleiche Phasenlage). Klappt man Längsmagnetisierung um 90° (Mz=0), rotiert ein resultierender magnetischer Vektor in x-y-Ebene  Quermagnetisierung

Beispiel Aufnahme eines Kopfes (coronar) mit starker T2-Gewichtung (TE=60 ms) und hochaufgelöster Bildmatrix (390 x 512). Flüssigkeiten (CSF, Ödem, etc.) zeigen hohe Signalintensität, im Gegensatz zum Gewebe (grau) oder Festkörper (Knochen = schwarz).

Bildkontrast Bildkontrast bei Protonendichte, T1-, und T2-gewichteter Bildgebungsequenz. Man erkennt deutlich die unterschiedlichen Kontraste und Signalintensitäten. Empirisch wurden für bestimmte Untersuchungen optimierte Meßprotokolle entwickelt. PD-gew., TR=2200 ms; TE=20 ms T1-gew., TR=570 ms; TE=15 ms T2-gew., TR=2200 ms; TE=80 ms

Bildvergleich Knochen Ödem (Flüssigkeit) Ewing-Sarkom CT PD T1 T2

Kontrastmittel Zur besseren Darstellung werden in der MRT auch Kontrastmittel eingesetzt, z.B. Gadolinium-Verbindungen (Paramagnetisches Gd3+). T1-gew. T1-gew. nach Kontrastmittel Leberhämangiom