MRT ist eine nicht-invasive Bildgebungstechnologie, die dreidimensionale, detaillierte anatomische Bilder erzeugt. Es wird häufig zur Krankheitserkennung, Diagnose und Behandlungsüberwachung eingesetzt. Es basiert auf einer hochentwickelten Technologie, die die Richtungsänderung der Rotationsachse von Protonen im Wasser, aus dem lebende Gewebe bestehen, anregt und erkennt.
Wie funktioniert die MRT?
MRTs verwenden starke Magnete, die ein starkes Magnetfeld erzeugen, das die Protonen im Körper dazu zwingt, sich an diesem Feld auszurichten. Wenn dann ein Hochfrequenzstrom durch den Patienten gepulst wird, werden die Protonen angeregt und geraten aus dem Gleichgewicht, wobei sie der Anziehungskraft des Magnetfelds entgegenwirken. Wenn das Hochfrequenzfeld ausgeschaltet ist, können die MRT-Sensoren die Energie erfassen, die freigesetzt wird, wenn sich die Protonen wieder am Magnetfeld ausrichten. Die Zeit, die die Protonen benötigen, um sich wieder an das Magnetfeld anzupassen, sowie die Menge der freigesetzten Energie variieren je nach Umgebung und chemischer Natur der Moleküle. Anhand dieser magnetischen Eigenschaften können Ärzte den Unterschied zwischen verschiedenen Gewebetypen erkennen.
Um ein MRT-Bild zu erhalten, wird ein Patient in einen großen Magneten gelegt und muss während des Bildgebungsvorgangs sehr ruhig bleiben, um das Bild nicht zu verwackeln. Kontrastmittel (die häufig das Element Gadolinium enthalten) können einem Patienten vor oder während der MRT intravenös verabreicht werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der sich Protonen wieder dem Magnetfeld anpassen. Je schneller sich die Protonen neu ausrichten, desto heller ist das Bild.
Welche Arten von Magneten werden bei MRTs verwendet?
MRT-Systeme verwenden drei grundlegende Arten von Magneten:
-Widerstandsmagnete bestehen aus vielen Drahtspulen, die um einen Zylinder gewickelt sind, durch den ein elektrischer Strom fließt. Dadurch entsteht ein Magnetfeld. Wenn der Strom abgeschaltet wird, stirbt das Magnetfeld ab. Die Herstellung dieser Magnete ist kostengünstiger als die eines supraleitenden Magneten (siehe unten), aufgrund des natürlichen Widerstands des Drahtes sind jedoch große Mengen Strom für den Betrieb erforderlich. Der Strom kann teuer werden, wenn Magnete mit höherer Leistung benötigt werden.
-Ein Permanentmagnet ist genau das – permanent. Das Magnetfeld ist immer da und immer in voller Stärke. Daher kostet die Aufrechterhaltung des Feldes nichts. Ein großer Nachteil ist, dass diese Magnete extrem schwer sind: manchmal viele, viele Tonnen. Einige starke Felder würden Magnete erfordern, die so schwer sind, dass sie schwierig zu konstruieren wären.
-Supraleitende Magnete werden in MRTs mit Abstand am häufigsten verwendet. Supraleitende Magnete ähneln in gewisser Weise Widerstandsmagneten – Drahtspulen mit fließendem elektrischem Strom erzeugen das Magnetfeld. Der wichtige Unterschied besteht darin, dass der Draht in einem supraleitenden Magneten ständig in flüssigem Helium gebadet ist (bei einer Kälte von 452,4 Grad unter Null). Durch diese kaum vorstellbare Kälte sinkt der Widerstand des Drahtes auf Null, was den Strombedarf des Systems drastisch reduziert und den Betrieb deutlich wirtschaftlicher macht.
Arten von Magneten
Das Design der MRT wird im Wesentlichen durch die Art und das Format des Hauptmagneten bestimmt, also geschlossene Tunnel-MRT oder offene MRT.
Die am häufigsten verwendeten Magnete sind supraleitende Elektromagnete. Diese bestehen aus einer Spule, die durch Helium-Flüssigkeitskühlung supraleitend gemacht wurde. Sie erzeugen starke, homogene Magnetfelder, sind aber teuer und erfordern regelmäßige Wartung (z. B. Auffüllen des Heliumtanks).
Bei einem Verlust der Supraleitung wird elektrische Energie als Wärme abgegeben. Diese Erwärmung bewirkt ein schnelles Verdampfen des flüssigen Heliums, das in ein sehr großes Volumen gasförmigen Heliums umgewandelt wird (Quench). Um thermische Verbrennungen und Erstickung zu verhindern, verfügen supraleitende Magnete über Sicherheitssysteme: Gasabsaugrohre, Überwachung des Sauerstoffanteils und der Temperatur im MRT-Raum, nach außen öffnende Tür (Überdruck im Raum).
Supraleitende Magnete funktionieren kontinuierlich. Um die Einschränkungen bei der Magnetinstallation zu begrenzen, verfügt das Gerät über ein Abschirmungssystem, das entweder passiv (metallisch) oder aktiv (eine äußere supraleitende Spule, deren Feld dem der inneren Spule entgegengesetzt ist) ist, um die Streufeldstärke zu reduzieren.
Bei der Niederfeld-MRT werden außerdem Folgendes verwendet:
-Resistive Elektromagnete, die billiger und einfacher zu warten sind als supraleitende Magnete. Diese sind deutlich leistungsschwächer, verbrauchen mehr Energie und erfordern ein Kühlsystem.
-Permanentmagnete in verschiedenen Formaten, bestehend aus ferromagnetischen Metallkomponenten. Obwohl sie den Vorteil haben, kostengünstig und leicht zu warten zu sein, sind sie sehr schwer und schwach in der Intensität.
Um ein möglichst homogenes Magnetfeld zu erhalten, muss der Magnet fein abgestimmt werden („Shimming“), entweder passiv mithilfe beweglicher Metallteile oder aktiv mithilfe kleiner elektromagnetischer Spulen, die im Magneten verteilt sind.
Eigenschaften des Hauptmagneten
Die Hauptmerkmale eines Magneten sind:
-Typ (supraleitende oder ohmsche Elektromagnete, Permanentmagnete)
-Stärke des erzeugten Feldes, gemessen in Tesla (T). In der aktuellen klinischen Praxis schwankt diese zwischen 0,2 und 3,0 T. In der Forschung werden Magnete mit Stärken von 7 T oder sogar 11 T und mehr verwendet.
-Homogenität
