Ausgezeichnete Bilder des menschlichen Körpers

Für die von ihnen weiterentwickelte Anwendung der Magnetresonanz erhalten der US-Amerikaner Paul Lauterbur und der Brite Peter Mansfield den diesjährigen Medizin-Nobelpreis. Die Entdeckungen der beiden Wissenschaftler führten letztlich zur modernen Magnetresonanztomographie (MRT).

Die Möglichkeit, innere Organe exakt abbilden zu können und dabei gleichzeitig den Patienten zu schonen, ist von entscheidender Bedeutung für die medizinische Diagnostik, Behandlung und Nachkontrolle, heißt es in der Begründung des Karolinska-Instituts zur Auszeichnung der beiden Wissenschaflter.

Hintergrund der Magnetresonanztechnologie ist, dass Atomkerne in einem starken magnetischen Feld rotieren. Die Frequenz ist dabei von der Stärke des Magnetfelds abhängig. Absorbieren die Atomkerne Radiowellen mit gleicher Frequenz, so erhöht sich ihr Energieniveau. Fallen die Atomkerne auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück, senden sie Radiowellen aus.

Diese Entdeckungen wurden bereits 1952 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Magnetresonanz hauptsächlich zur Erforschung chemischer Strukturen unterschiedlicher Substanzen eingesetzt. Die Entdeckungen der diesjährigen Nobelpreisträger haben zu Beginn der 70er-Jahre dazu geführt, dass die Magnetresonanz allmählich auch in der Medizin zur Anwendung kam.

Lauterbur, der am College of Medicine in Urbana-Champaign, Illinois, lehrt und forscht, erzeugte erstmals zweidimensionale Bilder mithilfe der Magnetresonanztomographie. Dazu nutzte der Chemiker Gradienten, die die Stärke des Magnetfeldes veränderten. Indem er die Eigenschaften der zurückgesendeten Radiowellen analysierte, konnte er ihren Ursprung genau lokalisieren. Auf diese Weise gelang es ihm, zweidimensionale Bilder von Strukturen aufzubauen. So bildete er 1973 einen Querschnitt von Röhren ab, die mit Wasser gefüllt waren, während sie von schwerem Wasser umgeben waren. Der Unterschied zwischen schwerem (D2O, anstatt des Wasserstoffs enthalten diese Wassermoleküle das Isotop Deuterium) und normalem Wasser lässt sich mit keiner anderen Methode darstellen.

Peter Mansfield, Physiker an der Universität Nottingham, entwickelte diese Technologie weiter. Er nutzte die Gradienten im Magnetfeld, um Resonanzunterschiede genauer darzustellen. Zudem bearbeitete er die Signale mathematisch so, dass sie schnell analysiert werden konnten und eine nutzbare Abbildung daraus entstand – ein entscheidender Schritt hin zur Anwendung. Technisch möglich wurde die Umsetzung erst etwa zehn Jahr später. Heute lässt sich ein dreidimensionales Bild des Körpers aufbauen, das die chemische Struktur der Gewebe widerspiegelt, vor allem Unterschiede im Wassergehalt und in der Bewegung der Wassermoleküle. So entsteht ein sehr detailliertes Bild von Geweben und Organen, und auch pathologische Veränderungen lassen sich abbilden.

Heute Routine

Die Magnetresonanztomographie hat sich inzwischen zu einer medizinischen Routinemethode entwickelt. Kamen zu Beginn der 80er-Jahre die ersten Geräte auf den Markt, so waren 2002 bereits etwa 22 000 MRT-Kameras weltweit im Einsatz, mit denen 60 Millionen Mal Patienten untersucht wurden. Trotzdem wird die Technik noch immer weiterentwickelt. Da sie nicht mit einer Strahlenbelastung der Patienten einhergeht, gilt sie als wesentlich schonender als andere Methoden bei häufig besseren Abbildungseigenschaften. In vielen Bereichen hat die Magnetresonanztomographie invasive und damit für die Patienten sehr belastende Verfahren abgelöst.

Heute wird die Magnetresonanztomographie zur Untersuchung fast aller Organe eingesetzt. Besonders wertvoll ist die Technik für Untersuchungen des Gehirns und des Rückenmarks. Fast jede Erkrankung des Gehirns führt zu Veränderungen im Wassergehalt, die sich im MRT darstellen lassen.

So ist die Magnetresonanztomographie inzwischen Methode der Wahl für Diagnose und Kontrolle des Krankheitsverlaufs bei Multipler Sklerose. Entzündungsherde im Gehirn und im Rückenmark sind auf diese Weise lokalisierbar. Außerdem ist es möglich, die Wirkung einer Therapie zu beobachten. Auch aus der Planung von größeren operativen Eingriffen ist das MRT inzwischen nicht mehr wegzudenken. In der Krebsdiagnostik lassen sich mithilfe dieser Technik die Umrisse von Tumoren genau bestimmen und somit die Operation besser planen und das verbleibende Gewebe präziser bestrahlen.

© 2003 GOVI-Verlag
E-Mail: redaktion@govi.de