Die klinische Bedeutung von Untersuchungsmethoden: Magnetresonanztomografie

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5. Die klinische Bedeutung von Untersuchungsmethoden: Magnetresonanztomografie

Autor: Kinga Karlinger

Klinik für Radiologie, Semmelweis Universität

5.1. Lernziel des Kapitels:

Das Ziel dieses Kapitels ist die Medizinstudenten des vierten Jahres mit dem Gebiet der Bildgebung mittels MRT vertraut zu machen. Mit diesem Wissen sollten sie mit ihrem Abschluss des Medizinstudiums in der Lage sein die Grundlagen der MRT genau zu verstehen, die Indikationsstellung zur MRT als Spezialist zu beherrschen, Gefahren bei Kontraindikationen zu umgehen und die grundlegenden Charakteristika der angefertigten MRT-Bilder zu verstehen. Somit sind sie in der Lage den Untersuchungsverlauf der Patienten nach Erhalt eines Befundes/einer definitiven Diagnose zu lenken.

5.2. Kurz über das Phänomen:

Die MRT beruht auf der Detektion von unterschiedlichem Verhalten der Protonen von Wasserstoffatomen im menschlichen Körper unter Anwendung eines äußeren Magnetfeldes.

Wasserstoff ist das häufigste Element in unserem Körper (Wasser an sich macht mehr als 70 % unseres Körpers aus, außerhalb der Wasser Protein und Fett enthält auch Hidrogen.). Atomkerne mit einer ungeraden Zahl von Protonen besitzen eine Eigenrotation um die eigene Achse, den sogenannten Kernspin. Versetzt man diese Protonen nun in ein von außen anliegendes, starkes Magnetfeld richten sich die Atome parallel zu den Feldlinien aus, ihr ursprüngliches Gleichgewicht wird zerstört, eine messbare Längsmagnetisierung entsteht. Sie verhalten sich dabei wie kleine Dipolmagnete, die sich um die Längsachse des äußeren Magnetfeldes präzidieren, sich jedoch in ihrer Phasenlage unterscheiden. Sie funktionieren als elementare Magnete, aber ihre Präzessionsphase bleibt abweichend. Hochfrequenz-Radiowellen in ihrer Resonanz werden aufgenommen (sie werden exzitieren) und dann ausgestrahlt (relaxation).

Durch die Einbringung eines Hochfrequenzimpulses werden die Protonen angeregt und die Längsmagnetisierung in einem bestimmten Winkel ausgelenkt. Dabei entsteht eine messbare Quermagnetisierung, zusätzlich wird die Präzessionsbewegung synchronisiert. Die Protonen befinden sich nun alle in gleicher Phasenlage und bewegen sich alle in gleicher Geschwindigkeit um ihre Achse.

Nach Beendigung des Impulses kehren die Protonen unter Abgabe von Energie wieder in ihren Ausgangszustand zurück, sie relaxieren.

Dabei unterscheidet man zwischen Längs- und Querrelaxation. Bei der Längsrelaxation findet eine Rückkehr in die Längsmagnetisierung unter Energieabgabe an das Gitter statt, genannt Spin-Gitter-Relaxationszeit mit einer Zeitkonstante T1.

Die Querrelaxation beschreibt dabei die Dephasierung/die Desychronisierung der Präzessionsbewegung ohne Energieabgabe, genannt Spin-Spin-Relaxationszeit mit der Zeitkonstante T2.

Diese beiden Konstanten treten unabhängig von einander auf und können einzeln gemessen werden.
Über komplexe Hochfrequenzspulensysteme werden die Signale dadurch erzeugt und detektiert (via Antenne) bevor sie an das Rechnersystem zur Auswertung der einzelnen Ortssignale weitergeleitet werden.

Zur Orstkodierung werden Gradientenspulen verwendet. Über komplizierte mathematische Algorithmen (Fourier-Transformation) wird dann der Datensatz in ein Bild verwandelt.

Das akquirierte Bild entspricht somit sozusagen einer „Protonen-Karte“ (Gebiete mit wenig oder fehlenden Protonen geben wenig oder kein Signal, , oder Hidrogen kann nicht aufgeregt sein, zum Beispiel Kortikalis des Knochens/Luft).

Das äußere Magnetfeld variiert zwischen 0,3-3 Tesla Feldstärke, das diagnostisch akzeptierte Limit liegt derzeit bei 3 Tesla in der klinischen Praxis. Die verwendeten Hochfrequenzimpulse liegen bei 8-64-128 MHz.

Bis heute wird angenommen, dass das Magnetfeld keine negativen Auswirkungen auf den menschlichen Körper hat/nicht bekannt. Es lässt sich wiederholt anwenden, direkte Effekte auf den Fötus sind bis jetzt nicht nachgewiesen worden (es gibt kein Evidenz).

5.3. Technische Grundlagen:

5.3.1. Verwendete Magneten bei MRT Untersuchungen

Um das Phänomen der Magnetresonanz in der Bildgebung zu erreichen, bedarf es ausreichend starker Magneten mit Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes, sowie einer entsprechenden Größe um alle Regionen untersuchen zu können.

Magnettypen
- Permanentmagnete (wie ein großer Hufeisenmagnet, sowie seine 2 Polen)
- Elektromagnete (zwei Typen):
- Widerstandsmagneten (hoher Energieverbrauch, selten angewandt)
- Supraleitende Magneten (der Leiterdraht der Spulen ist supraleitend, mit Hilfe der externen Kühlung mittels flüssigem Helium werden die supraleitenden Eigenschaften unterstützt, der eingespeiste Strom bleibt somit fast unverändert erhalten)

5.3.2. Spulen oder Hochfrequenzantennen

Sie senden den Anregungsimpuls aus und empfangen ebenso das vom Untersuchungsobjekt (Patient) ausgesandte Signal, auch Sende-/Empfangsspulen genannt. Diese beiden Eigenschaften können auch gesondert genutzt werden. Zum Beispiel wird eine Bodyspule als Sender benutzt und eine Oberflächenspule als Empfänger. Dabei wird die Oberflächenspule zur Bildgebung kleinerer anatomischer Regionen benutzt und dabei eine höhere Auflösung erzielt.

5.3.3. Signallokalisation, Bildrekonstruktion

Zur Ortskodierung erfolgt eine Überlagerung des äußeren Magnetfeldes durch Magnetfelder geringerer Feldstärke in allen drei Raumebenen (x, y und z) durch Gradientenspulen. Bei Aktivierung einer Gradientenspule (zum Beispiel z) werden nur die Protonen angeregt, die die gleiche Frequenz besitzen, sozusagen schichtselektiv.
Somit erfolgt die Lokalisation der Protonen im Raum durch ihrer Resonanzfrequenz.

Nach Auswahl der Schicht erfolgt die Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes. Dabei ist die Schicht aus kleinen Volumenelementen, den Voxeln zusammengesetzt. Das MR-Bild besteht aus einzelnen Bildelementen, den Pixeln wobei jedes Pixel einen bestimmten Grauwert besitzt, die Pixelmatrix ergibt dann wiederum die bildliche Darstellung.

Nach Auswahl der Schicht erfasst man durch Phasen- und Frequenzkodiergradienten in der Schicht eine zweidimensionale Bildmatrix. Mit Hilfe der Fourier-Transformation rekonstruiert man dann die Zeilen und Spalten des MR-Bildes.

Die Signalintensität der aufgenommenen Signale eines Voxels (Volumenelement) ist dabei von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel dem Protonengehalt, den chemischen Bindungen und den Beziehungen zu den umgebenden Molekülen abhängig. Dabei entspricht die Bildhelligkeit des Pixels der Stärke der Quermagnetisierung zum Zeitpunkt der Bildaufnahme im Voxel.

Eine dünnere Schichtdicke und mehr Bildelemente ergeben eine bessere räumliche Auflösung, haben jedoch auch eine Abnahme des Signal-Rausch-Verhältnisses zur Folge. Mehr Akquisitionen erhöhen das Signal-Rausch-Verhältnis, erhöhen jedoch auch die Untersuchungszeit. Die direkte 3D-Datenerfassung beseitigt diesen Nachteil.

5.4. Konzepte

T1-Relaxation: Ist die Wiederherstellung der Längsmagnetisierung nachdem der Hochfrequenzimpuls beendet wurde. Die Protonen kehren wieder in ihren Ursprungszustand, in ihr Gleichgewicht entlang der Feldlinien des äußeren Magnetfeldes, zurück. Der zeitliche Verlauf entspricht hierbei einer exponentiell wachsenden Kurve.
T2-Relaxation: Ist der Zerfall der Phasensynchronisierung nach Beendigung des Hochfrequenzimpulses. Der Verlauf entspricht hierbei der Kurve eines exponentiellen Zerfalls (die Quermagnetisierung ist in der Regel bereits zerfallen bevor sich die Längsmagnetisierung erholt hat). Der Zerfall der Phasensynchronisierung nach Beendigung des Hochfrequenzimpulses. Der Verlauf entspricht dabei der Kurve eines exponentiellen Zerfalls. Es ist auch möglich, Zeiten als die T1-Relaxation zu verwenden, aber beid findet unabhängig voneinander.

TR oder Repetitionszeit: Die Zeit zwischen zwei Anregungen
TE oder Echozeit: Die Zeit zwischen Anregung und Signalaufnahme

Spinechosequenzen:
T1-Wichtung: TR und TE sind kurz (TR=~700 ms, TE=~20 ms). Charakteristische Signaleigenschaften: Fett hyperintens, Muskel hypointens (mittlere Signalintensität), Wasser hypointens, fließendes Blut hat kein Signal/ist schwarz)

T2-Wichtung: TR und TE sind lang (TR=~2000 ms, TE=~80 ms). Charakteristische Signaleigenschaften: Wasser hyperintens, damit Signalintensität der Gewebe vom Wassergehalt abhängig, fließendes Blut signalfrei)

PD (Protonendichte)-Wichtung: TR lang, TE kurz (TR=~2000 ms, TE=~30 ms). Die Signalintensität ist abhängig von der Protonendichte des Gewebes. Als Ergebnis der Gewebeeigenschaften, weniger ausgeprägte Unterschiede gibt zwischen dem Protonengehalt einzelner Gewebe und folglich der Signalgebung, eher eine Abstufung von Grautönen. Die Wasserintensität des gebundenen Wassers ist stärker als bei freies Wasser. Fließendes Blut weiterhin signalfrei.

Manche Gewebe mit starken, manchmal störenden Signaleigenschaften können selektiv unterdrückt werden:
Fettunterdrückung mittels STIR (Short T1 Inversion Recovery), DIXON, FatSat und fett unterdrückten Gradientenechosequenzen.
Die selektive Unterdrückung von freiem Wasser ist ebenso möglich (zum Beispiel Liquor) mittels der FLAIR-Wichtung (Fluid Attenuated Inversion Recovery).

Die sogenannten FAST-Sequenzen werden zur Reduktion der Akquisationszeit (Zeit der Bildgewinnung in einer bestimmten Sequenz) benutzt.

Die Kenntnis über die gewebespezifischen Signalintensitäten ist notwendig für die Interpretation der MRT-Bilder und die Erhebung von Differentialdiagnosen.

Signalhyperintense Gewebe in der T1-Wichtung: Fett, Gewebe mit hohem Proteinanteil (gewisse Zysten), subakute oder chronische Blutungen (intra- oder extrazelluläres Methämoglobin), Melanin (im Tumorgewebe); langsame, turbulente und periphere Flussphänomene, paramagnetische Metallteile (Eisen, Kupfer, Mangan; Wilson-Speicherkrankheit), spezielle dystrophe Verkalkungen, paramagnetisches Kontrastmittel (Gadolinium).

Die unterschiedlichen Stadien der Zusammensetzung des Hämoglobins haben spezifische Signalintensitäten in der T1W und der T2W, so dass das Blutungsalter oder eine Re-Blutung identifiziert werden können. Alte Blutungen werden durch Suszeptibilitätartefakten (magnetische Inhomogenität) angezeigt, das durch das abgelagerte endgültige Abbauprodukt (Eisen) hervorgerufen wird (sogenannte T2* Hämo-Epi-Sequenz oder SWI (Susceptibility Weighted Imaging).

5.5. Einige MRI überprüfung

MR-Angiografie (MRA)
Flusseffekt: Fließendes Blut ist in den orthograd getroffenen Gefäßen in der zu untersuchenden Schicht signalfrei. Zugrunde liegend ist dabei die Tatsache, dass das durch den Hochfrequenzimpuls angeregte Blut zum Zeitpunkt der Messung ausgelenkt und nicht signalgebend ist und durch nicht angeregtes, frisch einströmendes Blut ersetzt wird. Demzufolge sind Blutgefäße in den Spinechosequenzen abhängig vom Flusssignal gut beurteilbar.

Angiografietechniken:
Time of Flight (TOF/Flugzeitmessung): Ist die Zeit, die fließendes Blut braucht um eine Schicht zu passieren. Unter Benutzung sehr kurzer Repetitionszeiten zeigen die Blutgefäße eine sehr hohe Signalintensität. (die schnelle Bildakquisition wird durch Gradientenechosequenzen /GRE/ gesichert).
Phasenkontrasttechnik (PC): Beruht auf der Tatsache, dass fließende Spins ihre Phase schneller verlieren (schnellere Desynchronisation) als ruhendes/ortsgebundenes Gewebe. Der Vorteil liegt hier in der Flussgeschwindigkeitsmessung sowie es nicht direkt gemessen werden kann.

MR-Cholangiopankreatografie (MRCP)
Unter Benutzung schneller Sequenzen (extrem T2 gewichtete Bilder) können die intra- und extrahepatischen Gallenwege und der Pankreasgang in Atemanhaltetechnik (breath hold) auf Grund ihres nahezu ortsgebundenen Flussignals dargestellt werden. Diese Technik ist extrem nützlich zur Detektion von zum Beispiel tumorbedingten Stenosen oder Gallensteinen. Dabei ist es möglich das Umgebungsgewebe darzustellen (mögliche hepatische Infiltration, Lymphknotenmetastasen).

MR-Lymphografie
Mit Hilfe ultrakleiner Eisenoxidnanopartikel, USPIO (<50 nm) ist es möglich Lymphknotenmetastasen zu detektieren. In T2 gewichteten Bildern haben unauffällige, normal funktionierende Lymphknoten kein Signal (durch die Phagozytose der Eisenpartikel durch die Makrophagen und die folgliche Kumulation der Partikel und die Signalauslöschung durch die Suszeptibilitätsartefakte). ), in normalem Lebergewebe wird bei Kupffer-Zellen phagyzytiert. In Lymphknotenmetastasen hingegen sind die Makrophagen durch Tumorzellen ersetzt, womit es zu einer Signalgebung durch fehlende Aufnahme des Kontrastmittels kommt.

Spezielle MR-Sequenzen:
Ultraschnelle Akquisitionstechniken optimieren die Gewebespezifität und –sensitivität der MRT ohne Verlust von räumlicher Auflösung.
Es ist nun möglich funktionale, hämodynamische und Diffusionsparameter zu beurteilen. Spezielle MR-Techniken ermöglichen die Errechnung hämodynamischer und metabolischer Veränderungen in gesundem und in pathologisch verändertem Gewebe.

Durch das Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie (DW-MRT) ist es möglich Gewebeeigenschaften zu charakterisieren und zu messen. Die Verwendung von „Strokesequenzen“ ist die früheste Darstellung von Hirnschäden, dadurch die neurologische Defizite verursacht werden kann, wenn selbst die traditionellen Sequenzen dies nicht bildgeben können. (Zeit = Gehirn!) Die Zelldichte (z. B. bei hyperzellulären Tumoren) begrenzt auch Brown-Bewegung, sowie die Orientierung des Wasserflusses ist auch einsehbar (Faserverfolgung, fiber tracking).

BOLD Sequenz (Blood Oxygen Level Dependence) kann durch die verschiedene Signalgebung zwischen oxygeniertem und desoxygeniertem Blut unterschieden (funktionelle Prüfung). Die derzeit aktiven / funktionierenden Gehirnzentren können farblich codiert abbildet werden.

Das Funktions-MRT kann gesundes von krankem Gewebe anhand von metabolischen Eigenschaften unterscheiden und erreicht damit die Schwelle zur molekularen Bildgebung.

MR-Spektroskopie (MRS)
Mit der MR-Spektroskopie ist es möglich verschiedene Metabolismen in vivo darzustellen. Diese Eigenschaft ist wertvoll für die Unterscheidung von Tumor- und Entzündungsgewebe (der Metabolit von reifem Hirngewebe: N-Acetyl-Aspartat, Cholin (erhöht in malignen Tumoren), Lipide- Gliom versus Abszess)und ebenso für die Differenzierung zwischen Tumorrest/Rezidiv und Narbengewebe (Prostata (normales hohes Citrat) / Tu - Citrat / Cholin - Verhältnis).

5.6. Artefakte

Dem Auftreten von Artefakten sollte man sich bei der Indikationsstellung, der Aufklärung des Patienten und während der Untersuchung und deren Auswertung bewusst sein.

Die häufigste vorkommende Artefakte:

Metallartefakte: Verursacht durch Bekleidung, Metallimplantate, operative Klips (zum Beispiel nach laparaskopischer Cholezystektomie oder Nebennieren-OP (Nähe zur Vena cava inferior)) und Tätowierungen.
All die Genannten können das magnetische Feld stören und die Bildqualität mindern oder gar zerstören, womit eine Bildinterpretation unmöglich wird. Aufwärmen können, in der lockeren Umgebung liegende Metallgegenstände können sich bewegen und den Patienten (extra- sowie auch intrakorporal) in Gefahr bringen.

Bewegungsartefakte: Willkürliche und unwillkürliche Bewegungen rufen Artefakte hervor. Gewisse, kalkulierbare rhythmische Bewegungsartefakte können berücksichtigt werden und zum Teil reduziert oder verhindert werden.

Des Weiteren gibt es noch andere Artefakte wie zum Beispiel Suszeptibilitätsartefakte, Fluss-/Pulsationsartefakte, Chemicalshiftartefakte (Grenzflächenartefakte) und Einfaltungsartefakte.
Methodenbedingte (zum Beispiel Trunkationsartefakte) oder systembedingte (zum Beispiel externe Störquellen) Artefakte können ebenfalls auftreten und die Bildqualität stören.

5.7 Vermeidung / Beseitigung von Artefakten

5.7.1. Kardiale Bewegungsartefakte werden durch EKG-Gating verhindert

EKG-Elektroden
Die EKG-Elektroden sind aus speziellen Legierungen gefertigt und werden so geklebt, dass keine Induktionsschleifen entstehen können. Bei einem normalen Sinusrhythmus können die Hochfrequenzimpulse mit den R-Zacken synchronisiert werden. Der Schrittmacher kann von einem Kardiologen vorübergehend deaktiviert werden (MR-kompatibles Gerät).

5.7.2. Vermeidung von Atembewegungsartefakten mit Atmungssynchronisation

Atem-Gating
Um atembedingte Bewegungsartefakte zu vermeiden, kann ein Atem-Gating angewandt werden. Die Messungen werden jeweils in der endexspiratorischen Phase angefertigt, sind somit verlässlich reproduzierbar und fast frei von Atemartefakten. Dies ist insgesamt eine sehr verlässliche Technik, wobei jedoch die Verlängerung der Akquisitionszeit berücksichtigt werden muss. Heute gibt es sowohl "Herzfrequenz" als auch "Atmung", die einfacheren integrierten Messoptionen.

5.8. Die biologischen Effekte der MR-Untersuchung:

Drei Typen von Radiation/„Strahlung“:

statisches Magnetfeld (äußeres Magnetfeld)
nicht-statische, wechselnde Magnetfelder (Gradientenspulen induzieren elektrischen Strom im Körper (wird jedoch durch Kontrollsysteme entsprechend reguliert))
Radiofrequenzstrahlung („Mikrowellen“-Effekt, der Körper erwärmt sich während der Untersuchung). Die Dosis der Radiofrequenzstrahlung wird während der Untersuchung automatisch gemessen, Fehler werden registriert und es wird eine Warnung angezeigt wenn ein Limit erreicht wird.

Es sollte berücksichtigt werden, dass die Linse des Auges und die Keimzellen weniger hitzeresistent sind als das restliche Gewebe. Bei sedierten Patienten ist die Erwärmung größer (besonders bei Kindern), weshalb gerade dann die spezifische Absorptionsrate (SAR) beachtet werden muss.
Es sollte sichergestellt werden, dass gewisse Temperaturobergrenzen eingehalten werden:
-Cerebrum 38 °C
-Körperstamm 39 °C
-Extremitäten 40 °C

5.9. Kontraindikationen

Der anfordernde Arzt sollte über die absoluten und relativen Kontraindikationen Kenntnis haben. Die Missachtung dieser kann schwerwiegendere Folgen haben als in manch anderen Untersuchungen.

Für (nicht MR-kompatibel) Herzschrittmacherträger ist es strengstens verboten auch nur in die Nähe eines MRT zu kommen. Die MRT-Untersuchung kann die Integrität und Funktionalität jeglicher elektronischer, metallischer oder mechanischer Implantate schwer beschädigen. (Herzschrittmacher, Herzschrittmacher mit integriertem Defibrillator, Hörgeräte/Implantate, Medikamentenpumpen, Neurostimulatoren, Knochenwachstum fördernde Geräte etc.)

Gefahren für Herzschrittmacher:
Bewegung, An- oder Ausschalten, Reprogrammierung, Desychronisierung, elektromagnetische Interferenzen, Strominduktion in den Elektroden (Eddy).
Ebenso ist eine verbliebene Herzschrittmacherelektrode zu berücksichtigen, hier kann es zum Flimmern oder auch zu Verbrennungen kommen.

Implantate:
Sofern sie aus ferromagnetischem Material sind, können sie sich erhitzen oder in ihrer Umgebung Elektrizität erzeugen. Sie können beginnen zu wandern, Lichtbögen können entstehen und Metallartefakte produzieren. Aneurysma- oder Gefäßklips, orthopädische und traumatologische Prothesen, Cava-Filter, intrauterine Elemente und einige älteste künstliche Herzklappen sollten hierbei als Implantate angesehen werden. Stenten sind im Allgemeinen MR-kompatibel.

Die oben genannten Gefahren hängen ebenso von der Stärke des Magnetfeldes, den angewandten Gradienten und den Eigenschaften des Implantates ab (Zusammensetzung, ferromagnetische Eigenschaften, Form, Lokalisation, Ausrichtung, Zeitpunkt der Implantation).

Körperfremde Metallgegenstände: Oft wissen die Patienten gar nicht, dass sie ferromagnetisches Material im Körper haben oder sie vergessen es zu erwähnen (Schussverletzungen, Metallabriebe aus metallverarbeitenden Berufen). Dies ist prinzipiell gefährlich bei intraorbitaler und intraoculärer Lage oder nahe des Rückenmarks. Eine orientierende CT sollte somit vorher angefertigt werden. (Konventionelles Röntgen ist für kleinste Metallstücken oder Metall dicht an knöchernen Strukturen nicht sensitiv genug.)

Tätowierungen (wichtig zu wissen wegen der häufigsten Angewohnheit):
Wenn es aus metallhaltigem Lack besteht, kann es nicht nur Metallartefakten verursachen, sondern auch Verbrennungen durch Erwärmung (Funkenbildung) erfordern.

MR-Untersuchung in der Schwangerschaft
Im ersten Trimenon sollte eine MR-Untersuchung sofern sie vermeidbar ist, unterbleiben. Die physikalischen Effekte könnten sich negativ auf die Zellteilung auswirken. Ein direkt schädigender Effekt auf den Fötus wurde jedoch bis jetzt nicht nachgewiesen. Im zweiten und dritten Trimenon wird angenommen, dass der Lärm während der Untersuchung zu einer auditiven Schädigung führen kann. Des Weiteren wiegt die leitende Kühlung des Fruchtwassers die Erwärmung während der Untersuchung nicht auf.

5.10. MRT Kontrastmittel:

MRT Kontrastmittel helfen bei der Unterscheidung zwischen gesundem und pathologisch verändertem Gewebe. Unterschiede von Gewebesignalen können so unterstützt werden, dass die Signalintensität eines anreichernden Gewebes den Gewebekontrast verstärkt. Dies kann einerseits durch die Anhebung einer Signalintensität oder die Unterdrückung der Signale des umliegenden Gewebes realisiert werden. Die Spezifität hängt vom jeweiligen Kontrastmittel ab. Hierbei wird zwischen Organ-, Gewebe-, Zell- oder Rezeptorspezifischen Kontrastmitteln unterschieden. MR-Kontrastmittel unterscheiden sich grundlegend von den anderen in der Radiologie angewandten Kontrastmitteln.

Das MR-Kontrastmittel modifiziert selektiv die magnetischen Eigenschaften der Protonen des anreichernden Gewebes gegenüber dem Umgebungsgewebe. Die gewebespezifische Verteilung zwischen gesundem und krankem Gewebe ergibt einen Konzentrationsgradienten, der wiederum den Kontrastunterschied verstärkt. Die Kontrastmittel beinhalten im Atomkern kein Wasserstoff, sie beeinflussen die Wasserstoffatome in ihrer Umgebung. Sie können paramagnetische (Verkürzung von T1 Relaxation), oder supermagnetische sowie auch ferromagnetische (Verkürzung von T2Relaxation) Effekte haben.

Die Viskosität und die Osmolarität der Kontrastmittel werden in der Herstellung an ein tolerierbares Level angepasst. Das biologische Verteilungsverhalten des Kontrastmittels ist abhängig von der Verteilungskinetik, der Clearance und der Ausscheidung.

5.10.1 Paramagnetische Kontrastmittel:

Im Allgemeinen wird hierbei Kontrastmittel auf Gadolinium Gd3+ (und Mangan, Mn2+) –Basis verwandt wobei das Metallion in einem Chelatkomplex gebunden ist. Es werden kleine Magnetfeldänderungen im Gewebe bewirkt und somit die Relaxationszeit (T1 und T2) herabgesetzt. In der Praxis wird die T1-Zeit-Verkürzung zur Kontrastgebung verwandt.

Gadolinium ist ein seltenes Erdenmetall. Nach intravenöser Verabreichung verteilt es sich gleichmäßig in den Blutgefäßen und bleibt im Extrazellularraum der Organe für eine gewisse Zeit vorhanden. Nachfolgend wird es über die Nieren ausgeschieden. In pathologisch verändertem Gewebe (Entzündungsgewebe, Tumor) ist die Konzentration erhöht und somit entsteht dort ein hyperinteses T1-Signal. Gadolinium kann eine intakte Blut-Hirn-Schranke nicht passieren. Im Gegensatz diesen entgegede Erfahrungen werden in Europa (EMA) nur makrocyclische Gd-Zubereitungen vorgeschlagen / zugelassen. Die amerikanische Regulierung (FDA) ist anders.

Neue Fähigkeiten über Gadolinium: Vor einigen Jahren wurde festgestellt, dass Gadolinium im Zentralnervensystem in den Basalganglien und im Knochenmark sich ablagert. (Symptomatische / langfristige Toxizität von Gd wurde bisher noch nicht bekannt.)

5.10.2. Supramagnetische und ferromagnetische Kontrastmittel:

Eisen (SPIO= supermagnetic iron oxide, USPIO=ultrasmall supermagnetic iron oxide) und auch das Isotop von O17 reduzieren die T2 Relaxationszeit erheblich indem sie im Gewebe eine lokale Magnetfeldinhomogenität hervorrufen (dabei nur sehr geringe Affektion der T1 Relaxation). Somit erscheinen sie durch ihre starke Signalintensität in der T2-Wichtung signalarm.

Im gesunden Gewebe akkumulieren sie intrazellulär im retikuloendothelialen System (RES) und sorgen dort für eine Signalauslöschung. Im kranken Gewebe, zum Beispiel in fokalen Läsionen der Milz, Lymphknotenmetastasen, diffusen Milzlymphomen, Lebertumoren oder Lebermetastasen (in der Leber werden von Kupffer-Zellen phagozytiert) fehlt diese Akkumulation und die pathologischen Läsionen werden somit signalhyperintens sichtbar.

Innerhalb einige Jahren ist zu erwarten, dass die Verwendung von Verbindungen zum intravenösen Eisenersatz als Kontrastmittel zu erwarten ist.

5.10.3. Organspezifische Kontrastmittel:

Organspezifische Kontrastmittel sind erforderlich und aktueller Forschungsgegenstand. Die Spezifität organ –oder gewebespezifischer paramagnetischer Kontrastmittel hängt hierbei von der Trägersubstanz ab.

5.11. Kapitelmeldung:

Die MRT verursacht keine Strahlenbelastung, mit dieser man pathologisch verändertes Gewebe von gesundem Gewebe unterscheiden kann. Dabei werden sich die gewebespezifischen Eigenschaften zu Nutze gemacht und zum Teil durch die Anwendung von Kontrastmitteln verstärkt. Des Weiteren sind hochentwickelte Untersuchungstechniken wie die MR-Spektroskopie oder die funktionelle MRT zusätzlich verfügbar.

Der indizierende Arzt muss der Lage des MR im Diagnosealgorithmus sowie die Einschränkungen und Kontraindikationen der Darstellung wissen.

Abb. 1.: T1W (Hirn, sagittal Schnitt, arachnoid cyst)	Abb. 2.: T1W mit Kontrastverstärkung (Anreicherung im rechten Kleinhirnbrückenwinkel: Schwannom)