Computer- und Kernspintomographie
Unter Tomographie versteht man die bildliche Darstellung von Körperschnitten, wobei im Gegensatz zu einer herkömmlichen Röntgenaufnahme auch verdeckte Objekte sichtbar werden. Mehrere parallele Schnittbilder können zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt werden.
Die Kernspintomographie nutzt die Kernspinresonanz von Atomkernen in einem magnetischen Feld unter Einstrahlung elektromagnetischer Wellen. Computertomographie kennzeichnet ein Verfahren, bei dem in Analogie zur herkömmlichen Röntgenaufnahme die Absorption (Abschwächung) von Röntgenstrahlung im Körper gemessen wird.
Was ist Kernspinresonanz?
Ein Atom besteht aus einem Kern mit Protonen und Neutronen und ihn umgebende Elektronen. Atomkerne mit einer ungeraden Anzahl Protonen oder Neutronen können in einem äußeren Magnetfeld B zwei Zustände eingehen. Diese unterscheiden sich in ihrer Energie und können ineinander übergehen. Die Energiedifferenz ΔE ist dabei proportional zur Stärke dieses Magnetfeldes.Strahlt man eine elektromagnetische Welle der Energie ΔE mit einer Frequenz von einigen MHz ein, so kann der Atomkern von dem niedrigeren in den höheren Energiezustand angeregt werden. Nach kurzer Zeit kehrt der Atomkern unter Aussendung einer elektromagnetischen Welle der gleichen Energie in seinen Ausgangszustand zurück. Diese ausgesandte Welle, die Kernspinresonanz, liefert Informationen über die Dichte und die chemische Verbindung des Stoffes, der den aussendenden Atomkern enthält. Die wichtigen Daten sind die Stärke, die Frequenzverschiebung und die Dauer der ausgesandten Welle.
Kernspintomographie
Bei einer Kernspintomographie wird der Patient in eine Untersuchungsröhre geschoben, die von großen Elektromagnetspulen umgeben ist, welche ein konstantes Magnetfeld erzeugen.
Die zur Anregung der Atomkerne erforderlichen elektromagnetischen Wellen werden von den Hochfrequenzspulen erzeugt, die gepulste Wellen aussenden. In den Pausen empfangen sie die von den angeregten Atomkernen ausgesandte Kernspinresonanz. Um mehrdimensionale Körperschnitte bildlich darstellen zu können, muss der Ort des Ursprungs der ausgesandten Welle bestimmt werden. Dazu addiert man zu dem bestehenden konstanten Magnetfeld ein weiteres Magnetfeld, das an jedem Ort eine andere Größe besitzt. Dieses Feld wird von den Gradientenspulen erzeugt. Strahlt man gleichzeitig Wellen verschiedener Energie ein, so besitzen auch die ausgesandten Wellen unterschiedliche Energien. Weil jede Energie ΔEder ausgesandten Wellen abhängig vom Magnetfeld ist und dieses Magnetfeld an jedem Ort im Körper verschieden ist, kann die ausgesandte Welle so einem bestimmten Ort im Körper zugeordnet werden. Die Berechnungen werden von einem Computer durchgeführt, der anschließend die Daten zu einem Bild zusammenfügt. Neben dieser Bildverarbeitung übernimmt der Computer auch die Steuerung der Magnetfeld- und Hochfrequenzspulen und die Verwaltung und Speicherung der Daten.
Meist werden durch die Kernspintomographie die Atome des im körpereigenen Wasser vorhandenen Wasserstoffs angeregt. Durch Auswertung der Stärke oder Dauer der ausgesandten Welle erhalten die Bilder Informationen über die Dichte des körpereigenen Wasserstoffs. Bei Auswertung der Frequenzverschiebung bekommt man Informationen über die vom Wasserstoff eingegangenen chemischen Verbindungen. Damit lassen sich verschiedene Gewebearten, wie z. B. Fett, Muskeln oder Tumore, gut differenzieren.
Computertomographie
Ein Computertomograph ist äußerlich ähnlich aufgebaut wie der Kernspintomograph. Er durchstrahlt den interessierenden Körperschnitt mit einem feinen in der Ebene aufgefächerten Röntgenstrahl und misst die Absorption der Strahlung über ringförmig angeordnete Detektoren. Die Röntgenstrahlung wird von einer Röntgenröhre erzeugt. Um vollständige Informationen über den Körperschnitt zu erhalten, wird die Röntgenröhre um den Patienten gedreht und viele Messungen hintereinander ausgeführt. Die Auswertung der Daten und das Zusammenfügen des Bildes geschieht auch hier durch einen Rechner.
Vor- und Nachteile der Verfahren
Ein wesentlicher Vorteil der Kernspintomographie ist die fehlende Strahlenbelastung durch Röntgenstrahlung. Ein Kernspintomogramm besitzt mehrere Parameter, die zur Auswertung dienen. So können Hirnstrukturen wie z. B. luft- oder wassergefüllte Gefäße, graue und weiße Hirnsubstanz oder Tumore differenziert werden, die sich mittels Röntgenstrahlung nicht mehr unterscheiden lassen.