Magnetresonanztomographie (MRT)
Übersicht
Vorteile, Nachteile
Grenzen und Möglichkeiten
Typische Indikationen
Prinzip
Bauform
Weiterentwicklung
Beteiligte Strukturen
Übersicht
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein Schnittbildverfahren, das auf der Kernspinresonanz basiert.
Es handelt sich um ein eigenständiges Verfahren, das keine Ähnlichkeit mit der
Computertomographie hat,
obwohl die ausgegebenen Bilder eine gewisse Ähnlichkeit besitzen. Auch mit der
Sonographie oder der
Radiographie besteht keine Verbindung.
MRT, CT und B-Bild-Sonographie stellen die drei in der modernen Medizin über alle Fachgebiete hinaus
relevanten Schnittbildgebungsverfahren dar.
Die im folgenden zu findenden Aussagen zu Indikationen bezieht sich weitestgehend auf Erwachsene in Deutschland.
Ein in der MRT erzeugter Bilddatensatz wird als Magnetresonanztomogramm bezeichnet. Alternative
Bezeichnungen für das Verfahren (nicht aber den damit gewonnenen Datensatz) lauten
Kernspintomographie (kurz "Kernspin") oder MRI (engl. Magnetic Resonance Imaging). Wegen des
physikalischen Ursprunges der Methode ist auch die Bezeichnung NMR-Scan zu finden, NMR steht für nuclear magnetic resonance.
Vorteile, Nachteile
Einer der größten Vorteile der MRT ist die sehr gute Weichteildarstellung, die sowohl im CT , im Röntgen, wie auch in der
Sonographie fehlt, verbunden mit dem vollständigen Fehlen der Exposition mit ionisierender Strahlung. MRT-Untersuchungen
können daher prinzipiell beliebig wiederholt werden.
Die immer schneller werdenden MRT-Geräte ermöglichen auch langsam, aber zunehmend, die Erstellung von Echtzeit-MRT-Bildern,
zumindest in Bezug auf einzelne Organe und eng umschriebene Areale. Dabei werden extrem schnelle Sequenzen gefahren, die
eine zeitliche Auflösung von deutlich unter 100 ms erreichen können. Interessant ist das bisher vor allem für die
Echtzeit-MRT-Darstellung des Herzens sowie komplexer Abläufe wie dem Sprech- und Schluckakt. Zudem könnte das Echtzeit-MRT
die digitale
Substraktionsangiographie ablösen.
Allerdings sind die Geräte dafür - auch nach Jahrzehnten der Weiterentwicklung - nach wie vor sehr teuer und bisher konnte
sich die Technik nicht hinreichend durchsetzen.
Einer der größten Nachteile des MRT ist, dass dieses nicht flächendeckend zur Verfügung steht. Auch in einer wohlhabenden
Industrienation wie Deutschland besteht dieses Problem, allerdings aus nachvollziehbaren Gründen: MRT-Geräte sind - unverändert -
sehr teuer. Die Erstellung guter Bilder hängt von der Kooperation des Patienten und gut geschultem Personal ab, das
während der Untersuchung die Bilder einstellt. Durch die schnelle Umschaltung der Magnetfelder kommt es während der
Aufnahmen mitunter zu extremer Geräuschbelastung, die für viele Patienten ein Problem darstellt und die Compliance
vermindert. Selbst mit Gehörschutz ist die Belastung beachtlich, hinzu kommt, dass Patienten schnell Enge- und
Beklemmungsgefühle bekommen können. Sogenannte "offene MRT-Geräte" (ohne geschlossene Röhre) stehen jedoch nur in
vergleichsweise geringem Maße zur Verfügung.
Die Stromkosten, um ein MRT-Gerät zu betreiben (Direktkühlung, Lüftungsanlage usw.) sind sehr hoch. Zudem kann ein
MRT-Gerät nicht einfach abgeschaltet werden. Supraleitende Magnete, wie sie in Geräten mit
höheren Flussdichten standardmäßig eingebaut sind, bleiben auch bei einem Stromausfall stromführend und magnetisch.
Die Liste an (relativen Kontraindikation) ist lang, sodass viele Patienten gar keine MRT-Untersuchungen erhalten können.
Weil ferromagnetische Teile nicht im Gerät oder in die Nähe des Gerätes geführt werden dürfen, ist das MRT für
die notfallmedizinische Versorgung völlig ungeeignet, da bei bewusstlosen Patienten die Kontraindikationen nicht
abgeklärt werden können. Zudem besitzen viele Gerätschaften der Notfallmediziner und Traumatologen an einzelnen
Teilen ihrer Bauelemente ferromagnetische Eigenschaften.
Das in der MRT verwendete Gadolinium-basierte Kontrastmittel ist zwar prinzipiell besser verträglich als die
iodhaltigen Kontrastmittel, die bei Röntgenuntersuchungen verwendet werden. Allerdings finden sich vermehrt
Meldungen in der Literatur, dass es in extrem seltenen Fällen zur Ausbildung einer nephrogenen systemischen
Fibrose (NSF) kommen kann. Die NSF ist ein äußerst schwerwiegendes, progressives Krankheitsbild und kann
bis zum Tod führen.
Grenzen und Möglichkeiten
Die Aussagekraft der MRT hängt zunächst einmal dem Grunde nach von seiner korrekten Befundung ab. Das Befunden
benötigt Erfahrung, wobei die benötigte Erfahrung durchaus abhängig von der Art der Aufnahme ist.
Die Lernkurve in der Beurteilung von MRT-Aufnahmen ist wegen der verschiedenen Wichtungen und der Vielzahl der
möglichen Sequenzen sehr langsam ansteigend. In der radiologischen Facharztweiterbildung wird die Einteilung in
die MRT häufig als spannend, aber auch anspruchsvoll wahrgenommen.
Die Auswertung von MRT-Bildern des Gehirns sowie von Herz und Lunge sind wegen der tiefergreifenden Verknüpfung
mit kardioanatomischen bzw. neuroanatomischen Zusammenhängen und des notwendigen Verständnisses der klinischen
Zusammenhänge dieser beiden großen Fächer etwas anspruchsvoller als die restlichen Regionen des Körpers.
Wegen der Schichtbilddarstellung und der Möglichkeit zur Verwendung von Kontrastmittel ist die Aussagekraft
einer MRT-Aufnahme grundsätzlich sehr hoch.
Erhebliche Probleme bereiten jedoch alle Arten metallener Stoffe, die prinzipiell eine Kontraindikation für
eine MRT darstellen, da sie sich (deutlich) erwärmen können. Zudem überlagern sie die Bilder ggf. mit
Artefakten. Prinzipiell ist die MRT gegenüber Artefakten relativ anfällig und die Bilder werden durch
diese meist stark gestört oder sind unbrauchbar.
Zu den metallenen Gegenständen, die eine MRT-Aufnahme beeinflussen können, zählen:
- Herzschrittmacher und Defibrillatoren
- Metallsplitter bzw. -teile aus ferromagnetischem Material, aus Kampfhandlungen oder anderen Arten von
Unfällen sowie fehlerhaften medizinischen Behandlungen
- ferromagnetische Gefäßclips
- Vena cava-Filter
- Cochleaimplantate und implantierbare Insulinpumpen, die entsprechende MRT-untaugliche Metalle enthalten
- Tätowierungen und Permanent-Make up mit metallhaltigen Pigmenten
- nicht entfernbare Piercings
Herzschrittmacher und implantierte Defibrillatoren besitzen heutzutage in der Regel eine MRT-Tauglichkeit,
die in einem MRT-Pass festgeschrieben ist. Dort ist auch vermerkt, bis zu welcher Flussdichte (in Tesla)
das Gerät für eine MRT-Untersuchung geeignet ist.
Ähnliches gilt auch für Cochlea-Implantate. Besitzt ein solches Gerät keine MRT-Tauglichkeit ist die
Untersuchung absolut kontraindiziert, insbesondere bei kardialen Geräten besteht ansonsten Lebensgefahr.
Metallsplitter, Gefäßclips, Tätowierungen und Piercings stellen zunächst eine relative Kontraindikation dar.
Trotzdem sollte eine Untersuchung nur nach sorgfältiger Abwägung von Nutzen und Risiken der Untersuchung durchgeführt werden.
Es gibt erste Anzeichen dafür, dass MRT-Geräte mit hoher Flussdichte über 3 T womöglich eine Wirkung auf
Amalgamfüllungen haben und diese an den Rändern ablösen können.
Eines der störensten Artefakte ist jenes durch die Bewegung des Patienten (Bewegungsartefakte). Neben der
Befundungsqualität ist daher auch die Kooperation des Patienten von entscheidender Bedeutung, weil die
Aufnahmedauer bis zu 30 oder 40 Minuten betragen kann, abhängig davon welche Wichtungen und Sequenzen
betrachtet werden sollen.
Kleinste Bewegungen der Patienten können einen vollständigen Scan-Durchlauf zunichte machen. Ob das der
Fall ist sehen die radiologischen Assistenten bereits kurz nach der Aufnahme, während der Patient noch im
MRT-Gerät liegt und die nächsten Aufnahmen durchgeführt werden. So können ggf. Nachaufnahmen angefertigt werden.
Daher ist ein dritter Faktor der Aufnahmequalität das nicht-medizinischen Assistenzpersonal, welches Fehler
sofort erkennen und beheben kann.
Anders als in der CT oder dem Röntgen, wo eine normale Aufnahme wenige Sekunden dauert und genauso schnell
wiederholt werden kann, spielen für qualitativ gute Aufnahmen also mehrere Faktoren eine Rolle.
Typische Indikationen
Eine der häufigsten Untersuchungen ist die MRT der Wirbelsäule, vor allem der Lendenwirbelsäule, bei vielen Formen
von Rückenschmerzen. Jedoch ist dazu kritisch anzumerken, dass die bildgebenden Befunde oft keinen sinnvollen Beitrag
zur weiteren Therapie leisten können.
Rückenschmerzen sind eine der häufigsten Erkrankungen in den Industrienationen,
haben jedoch in einem signifikanten Teil der Fälle ihre Ursache nicht in oder an der Wirbelsäule.
Eine andere Untersuchung, die sehr häufig durchgeführt wird, sind MRT-Aufnahmen des Kopfes. Im Vordergrund stehen
dabei die die Beurteilung von Raumforderungen, die Verlaufskontrolle bei ZNS-Erkrankungen sowie die Nachbehandlung
nach zerebralen Ischämien.
Nicht selten wird der Kopf auch bei unklaren Kopfschmerzen untersucht, wobei auch hier - genau wie bei unklaren
Rückenschmerzen - die Rate an diagnostisch hilfreichen Befunden relativ gering ist.
Ansonsten verteilt sich die Häufigkeit der durchgeführten Untersuchungen über den ganzen Körper. Alle Untersuchungen,
bei denen Weichteile dargestellt werden sollen, sind typische Indikationen.
Auch Fälle, in denen eine CT kontraindiziert ist, ist Indikation für eine MRT (z.B. Aufnahmen bei Schwangeren).
Prinzip
Grundprinzip ist die Erzeugung eines starken Magnetfeldes sowie magnetischer Wechselfelder, mit denen Protonen im
Körper angeregt werden. Dadurch wird im Empfängerstromkreis ein elektrisches Signal induziert. Das zu beobachtende
Objekt sendet damit selbst eine Form von Strahlung aus. Es unterliegt damit nicht den physikalischen Beschränkungen
optischer Verfahren, bei denen die Wellenlänge der verwendeten Strahlung umso kleiner sein muss, je höher die geforderte
Auflösung ist. In der MRT wird mit Wellenlängen im Meterbereich (Radiowellen) gearbeitet, die Objektpunkte im
Submillimeterbereich auflösen können.
Wesentliche Grundlage für den Bildkontrast sind unterschiedliche Reaktionszeiten der angeregten Gewebe, die auf
verschiedene Protonengehalte zurückzuführen sind.
In der MRT werden die Atomkerne im untersuchten Gewebe zu einer bestimmten Bewegung phasensynchron angeregt. Sie
geben dadurch ein messbares Signal in Form einer Wechselspannung ab, bis die Bewegung abgeklungen ist. Diese Bewegung
wird als Lamorpräzession bezeichnet.
Protonen besitzen einen Eigendrehimpuls (Kernspin) und sind deshalb magnetisch. Nach Anlegen eines starken statischen
Magnetfeldes erzeugen sie eine kleine longitudinale Magnetisierung in Richtung des statischen Feldes (Paramagnetismus).
Wird nun kurzzeitig ein hochfrequentes Wechselfeld (im Bereich von Radiowellen) angelegt, lässt sich die Magnetisierung
aus der Richtung des statischen Feldes auslenken, d.h. in eine transversale Magnetisierung umwandeln. Die transversale
Magnetisierung beginnt nun unmittelbar mit der Rotation um die Feldrichtung des statischen Magnetfeldes (Präzession).
Die Präzession wiederum induziert in einer Spule eine elektrische Spannung, was sie messbar macht. Dabei ist die Amplitude
proportional zur transversalen Magnetisierung.
Wird das Wechselfeld abgeschaltet, nimmt die transversale Magnetisierung ab und die Spins richten sich wieder parallel
zum statischen Magnetfeld aus, was als Relaxation bezeichnet wird. Jedes Gewebe hat eine spezifische Relaxationszeit (Abklingzeit).
Dadurch ergeben sich verschiedene Signalstärken ("Helligkeiten") im resultierenden Bild.
Für die Auflösung von Bedeutung ist die magnetische Flussdichte des äußeren Magnetfeldes, die in der Einheit Tesla (T)
angegeben wird.
Bei 0,1 - 1,0 T wird von Niederfeldgeräten gesprochen, die in der Regel mit Permanentmagneten betrieben werden. Geräte
um 1 bis 1,5 T sind Standard in Arztpraxen. Nur wenige leisten sich Geräte mit 2 oder gar 3 T. Letztere finden sich vor
allem in Universitätskliniken und größeren Kliniken. Einige besitzen mittlerweile auch 4, 5 oder mehr T-Geräte.
Je höher die magnetische Flussdichte, desto stärker müssen die Spulen gekühlt werden. Zudem kann es bei sehr hohen
Flussdichten zu Wirbelströmungen im Gehirn kommen, die mit Schwindel und Übelkeit einhergehen können.
Auch die Geräuschbelastung sowie die Vibration steigt mit höheren Flussdichten. Andererseits erhöht sich auch die
Auflösung der resultierenden Bilder.
Geräte ab 7 T werden nachwievor praktisch nur in der Forschung eingesetzt, obwohl sie schon seit etwa 2004 erhältlich sind.
Bei MRT-Aufnahmen muss unterschieden werden zwischen Wichtungen und Sequenzen. Eine Wichtung ist eine bestimmte
Kontrastdarstellung von MRT-Bildern, bei denen die Zeiten so gewählt werden, dass die untersuchten Gewebe vor allem
durch ihre T1-Relaxationszeit (T1-Wichtung) oder ihre T2-Relaxationszeit (T2-Wichtung) differenziert werden.
Eine MRT-Sequenz hingegen ist eine Pulssequenz, die durch das MR-Gerät erzeugt wird. Dabei handelt es sich um ein
vorausgewähltes Programm-Set bestimmter Radiofrequenz- und Gradienten-Pulse, die während des Scans wiederholt werden.
Es gibt dutzende MRT-Sequenzen, die für verschiedene Fragestellungen von Bedeutung sind. In der normalen klinischen
Praxis spielen nur wenige davon eine Rolle.
Es wird zwischen offenen und geschlossenen MRT-Systemen unterschieden. Geschlossene Systeme sind der Standard. Hier
liegt der Magnet relativ eng am Patienten an, sodass gute Bilder auch bei moderaten Flussdichten erzielt werden.
Offene MRT-Systeme eignen sich für die Arbeit am Patienten, d.h. für interventionelle Eingriffe unter MRT-Kontrolle,
sowie für stark adipöse oder klaustrophobische Patienten. Jedoch ist bei solchen Geräten der Magnet deutlich weiter
vom Patienten entfernt, sodass höhere Flussdichten notwendig sind, um näherungsweise die gleiche Auflösung zu
erreichen, die bei einem geschlossenen Gerät mit geringerem Abstand zwischen Patient und Magnet, erreicht werden würden.
Weiterentwicklung
Zur Untersuchung von Gefäßen kann dem Patienten Kontrastmittel (KM) verabreicht werden, sodass diese darstellbar
werden. Das Verfahren wird daher als
MR-Angiographie bezeichnet.
Die Auflösung ist dabei nicht zwingend deutlich besser als mit einer
CT-Angiographie, jedoch findet keine
Strahlenexposition statt. Andererseits benötigt eine MR-Angiographie ggf. deutlich mehr Zeit.
Ein Unterschied besteht zudem im verabreichten Kontrastmittel: während bei der CT-Angiographie iodhaltiges
KM verabreicht wird, kommt bei der MRT gadoliniumbasiertes zum Einsatz.
Die MR-Angiographie ist wegen der unterschiedlichen Vor- und Nachteile der CT-Angiographie daher nicht
grundsätzlich überlegen.
Eine Weiterentwicklung, die der Darstellung der Durchblutung, genauer der Perfusion eines Gewebes dienen, ist
die Perfusions-MRT. Mit ihr lassen sich minderversorgte Gewebe(areale) darstellen, üblicherweise spielt das eine
Rolle bei der Beurteilung des Herzens (z.B. bei Z.n. akutem Myokardinfarkt), des Gehirns (bei V.a. oder Z.n. Schlafanfall)
und der Lunge sowie zur Veranschaulichung des Grades der Angiogenese in soliden Tumoren. Das Verfahren konkurriert mit
nuklearmedizinischen Methoden wie der Perfusions-Szintigraphie, der Perfusions-PET und dem Perfusions-SPECT.
Ein vor allem in der Forschung bedeutsam Verfahren ist die funktionelle MRT (fMRT). Damit ist es möglich, Änderungen
der Durchblutung von Organen unter wechselnden Test-Bedingungen darzustellen. Relevante Bedeutung hat dies praktisch
nur in der neurologischen und neurophysiologischen Forschung.
Die Veränderung der Durchblutungseigenschaften basiert auf der neuronalen Aktivität der jeweiligen Gebiete.
Das dahinterstehende Prinzip basiert auf der nahezu 100 Jahr alten Erkenntnis, dass oxygeniertes und desoxygeniertes
Blut unterschiedliche magnetische Eigenschaften besitzen (BOLD-Kontrast). Kommt es in Arealen des Gehirns zur Aktivierung,
steigt auch die Stoffwechselaktivität und damit der Blutfluss. Daraus resultiert eine erhöhte Konzentration von oxygeniertem
relativ zu desoxygeniertem Hämoglobin. Das wiederum bewirkt eine veränderte Relaxationszeit der Kernspins in diesem Areal,
was zu einer Signaländerung im MRT führt.
Um diese Veränderung registrieren zu können, erfolgt eine Messung zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten: einem
Grundzustand sowie nach dem eigentlichen Experimentalzustand (Kontrollzustand). Der Vergleich der Aufnahmen kann statistisch
ausgewertet werden, es kann eine räumliche und zeitliche Darstellung erfolgen. Unter Verwendung mehrerer Messungen können
die zeitlichen Verhältnisse noch genauer beschrieben werden.
Eine solche Untersuchung läuft normalerweise in drei Phasen ab: Prescan (Überprüfung der Lagerung), hoch auflösender Scan
zur Erfassung der Anatomie und der eigentliche fMRT-Scan, bei dem die Durchblutungsunterschiede dargestellt werden.
Mit Hilfe der
MR-Elastographie können die elastischen Eigenschaften eines Gewebes untersucht werden. Am häufigsten
verbreitet ist dieses Verfahren bei der Beurteilung des Ausmaßes der Fibrosierung bei Leberzirrhose.
Grundlage des Verfahrens ist die bereits seit dem Altertum bekannte Tatsache, dass Tumorgewebe andere elastische Eigenschaften
besitzt als gesundes. In früheren Zeiten wurde dies durch Palpation festgestellt, wenngleich die Palpation (v.a. von Leber
und Milz) nach wie vor Bestandteil einer sorgfältigen körperlichen Untersuchung ist und nicht
weggelassen werden sollte, da sie oft Anlass für die Verdachtsdiagnose und weiterführende Untersuchungen bildet. Bei der MR-Elastographie wird durch
automatisch von außen einwirkende Druckwellen das untersuchte Organ komprimiert und anschließend wieder entlastet.
Währenddessen werden Aufnahmen angefertigt. Nach der Untersuchung wird aus den Daten ein Elastogramm erstellt, welches
die Elastizitätsunterschiede darstellt.
Die MR-Elastographie ist weniger gebräuchlich, häufiger wird die ultraschallgestützte Elastographie durchgeführt.
Weitere MR-gestützte Verfahren sind die MR-Spektroskopie und die Diffusions-Tensor-Bildgebung sowie die
MRCP.
Neben den technischen Weiterentwicklungen gibt es auch MRT-Verfahren, bei denen lediglich die Aufnahmemethodik verändert wurde.
Die "Echtzeit-MRT" erlaubt die filmische Darstellung bewegter Organe bzw. Gelenke. Technisch handelt es sich um sehr
schnell hintereinander angefertigte MRT-Aufnahmen. Bei der Stress-MRT werden MRT-Aufnahmen unter bestimmten Bedingungen
(Einwirkungen von außen) durchgeführt.
Beteiligte Strukturen
Mit Hilfe der MRT können alle anatomischen Strukturen dargestellt werden. Prinzipiell ist jedoch die Weichteildarstellung
besser als die knöcherner Gewebe. Für die Untersuchung von Knochen, insbesondere der Extremitätenknochen, ist normalerweise
das klassische Röntgen Methode der Wahl.
Weil in der MRT Signalstärken das Maß der Darstellung sind, haben sich die Begriffe
hyperintens (hell),
isointens
(gleich gegenüber einem Referenzgewebe) und
hypodens (dunkel) etabliert. Hyperintense Darstellungen entstehen, weil
das Gewebe mehr Signale aussendet als seine Umgebung oder mehr Signale als normalerweise zu erwarten wäre. Das umgekehrte
gilt für den Begriff hypointens.
Die Terminologie in der MRT stellt also immer den vergleichenden Charakter in den Vordergrund, bezogen auf das gesunde
Gewebe oder ein Referenzgewebe.