MRT verstehen: Wie Magnetfelder die medizinische Diagnose unterstützen

Im Kern eines Magnetresonanztomographen befindet sich ein supraleitender Magnet, der mit flüssigem Helium auf -452,4 Grad Fahrenheit gekühlt wird und ein Magnetfeld erzeugen kann, das 60.000 Mal stärker ist als das der Erde. Diese medizinischen Geräte wurden laut dem National High Magnetic Field Laboratory im Jahr 2003 weltweit für 60 Millionen Scans von Menschen eingesetzt. MRT-Scanner können Bilder in jedem Winkel und jeder Tiefe ohne den Bedarf an einer Operation erzeugen. Ärzte verwenden die Bilder, um medizinische Zustände wie Multipler Sklerose, Tumore und Schlaganfälle zu diagnostizieren.

Atomstruktur von Wasserstoff

• Wassermoleküle, die sich im gesamten Körper befinden, enthalten jeweils zwei Wasserstoffatome. Die einzigartige Atomstruktur von Wasserstoff ermöglicht es MRT-Scannern, detaillierte Bilder zu erzeugen. Im Gegensatz zu anderen Atomen hat Wasserstoff keine Neutronen in seinem Zentrum – oder Kern – sondern nur ein einzelnes Proton. Dieses Proton dreht sich wie ein Kinderspielzeug und erzeugt ein Magnetfeld, das ihm einen positiven und negativen Pol verleiht, ähnlich den Enden der Nadel eines Kompasses.

Magnetische Anziehung

• Wenn Wasserstoffatome in ein größeres Magnetfeld gebracht werden, wie es von einem MRT-Scanner erzeugt wird, richten sich die Protonen mit dem größeren Feld aus; dies ist ähnlich der Art und Weise, wie sich eine Kompassnadel mit dem Magnetfeld der Erde ausrichtet. Leicht mehr Protonen enden in einer niedrigenergetischen Richtung anstatt in einer hochenergetischen Richtung. Wie Wasserstoff werden alle Atome mit ungleichen Anzahlen von Protonen und Neutronen auf die gleiche Weise von Magnetfeldern beeinflusst, aber Wasserstoff wird für MRTs verwendet, weil Wasser im Körper sehr reichlich vorhanden ist.

Funksignale

• Zusätzlich zur Erzeugung eines großen Magnetfeldes sendet der MRT-Scanner ein Funksignalsignal aus, ähnlich einem UKW-Radiosignal. Dieser „Puls“ bewirkt, dass die zusätzlichen niedrigenergetischen Protonen in die hochenergetische Richtung wechseln. Wenn das Signal stoppt, kehren diese Protonen in die niedrigenergetische Richtung zurück und senden ein Signal aus, das in einen elektrischen Strom umgewandelt wird. Der MRT-Computer analysiert die Signale jedes Atoms, um Bilder des Körpers zu erstellen.

Ebenen und Scheiben

• Wenn mehr Wasser in einem Körpergewebe vorhanden ist, gibt es auch mehr Wasserstoffatome, die Signale abgeben können. Der Computer verwendet diese Informationen, um die Dichte der Gewebe zu bestimmen und ein Bild zu erstellen, das die Struktur des Körpers zeigt. MRT-Scanner können Bilder in drei Ebenen aufnehmen: axial, von Kopf bis Fuß; sagittal, von Seite zu Seite; und coronal, von vorne nach hinten.