Gesundheit : Medizin mit Magneten

Paul Lauterbur und Peter Mansfield entwickelten ein Verfahren, mit dem man in den Körper sehen kann

Hartmut Wewetzer

NOBELPREIS FÜR MEDIZIN 2003

Tapp-tapp-tapp. Der Patient tippt mit dem Finger auf die Unterlage. Er liegt in einer engen, langen Röhre – einem Magnetresonanz-Tomographen. So klobig, ja monströs dieser Apparat erscheint, so subtil sind seine Messungen. Denn die dezenten Fingerbewegungen lassen sich bis ins Gehirn des Kranken zurückverfolgen. Dorthin, wo der Befehl zur Bewegung erteilt wird. Millimetergenau misst der Tomograph die motorische Hirnrinde aus und liefert ein Bild des Hirnareals. Bei der Operation des Hirntumors ganz in der Nähe muss dieser Bereich unbedingt geschont werden. „Die Ecke lasst ihr besser stehen“, rät Arne-Jörn Lemke, Radiologe an der Berliner Charité, seinen Kollegen von der Hirnchirurgie.

Dem Hirn beim Denken und Arbeiten zusehen – ein Traum der Wissenschaft ist in den letzten Jahren mit der „funktionellen Magnetresonanz-Tomographie“ in Erfüllung gegangen. Der Medizin-Nobelpreis 2003 geht an zwei Pioniere dieses Forschungsgebietes, den Amerikaner Paul Lauterbur von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign und den Briten Sir Peter Mansfield von der Universität von Nottingham.

Beim Denken zusehen

Die funktionelle Magnetresonanz-Tomographie ist aber nur der letzte Schrei eines spektakulären Verfahrens. Lauterbur und Mansfield haben mit ihren Arbeiten dazu beigetragen, dass die Magnetresonanz-Tomographie (MRT, auch bekannt als Kernspin-Tomographie) heute eine weit verbreitete Technik in der Medizin ist. Die bahnbrechenden Erfindungen datieren aus den 70er Jahren. „Die Forscher schufen die Basis für die Entwicklung der Magnetresonanz zu einem nützlichen bildgebenden Verfahren“, schreibt das Nobelpreis-Komitee.

Die MRT erlaubt die exakte und schonende Abbildung der Organe und Körperteile, seien es Herz, Hirn, Leber oder Gelenke. Sie hat den Menschen gleichsam durchsichtig gemacht. Und das ganz ohne Strahlenbelastung, anders als das Konkurrenzverfahren, die Computertomographie.

Das Prinzip der Magnetresonanz-Tomographie: sie erzeugt ein Magnetfeld um den Organismus und setzt aus der „Antwort“ des Körpers ein Bild zusammen.

Im Zentrum der Methode steht der Kernspin. Damit bezeichnen Forscher die Tatsache, dass der Atomkern sich um sich selbst dreht. Diese Eigenrotation nennt man Spin. Überdies ist der Atomkern elektrisch geladen. Die Ladung des rotierenden Kerns erzeugt ein Magnetfeld, einen winzigen Stabmagneten mit Plus- und Minuspol.

Von besonderer Bedeutung ist dabei der Wasserstoffkern, auch Proton genannt. Wasserstoff ist, chemisch an Sauerstoff gebunden, in großer Menge im menschlichen Körper vorhanden – als Wasser, aus dem wir zu zwei Dritteln bestehen.

Wie macht sich die Medizin nun unsere „magnetischen Fähigkeiten“ zunutze? Die Entstehung einer Magnetresonanz-Aufnahme erfolgt in drei Schritten:

1. Im Körper liegen die Minimagneten der Atomkerne normalerweise völlig ungeordnet vor. Bei der MRT aber werden die kleinen Stabmagneten in einem starken Magnetfeld von ein bis drei Tesla parallel oder in Gegenrichtung zum Magnetfeld ausgerichtet. Dieses Magnetfeld ist etwa 100000-mal stärker als das der Erde.

2. Im nächsten Schritt wird zusätzlich ein zweites magnetisches Wechselfeld mit einer hohen Frequenz erzeugt. Durch dieses Wechselfeld werden die kleinen atomaren Magneten aus ihrer Richtung ausgelenkt und nehmen dabei Energie auf.

3. Das Wechselfeld wird abgeschaltet, und die atomaren Magneten richten sich wieder in dem starken Magnetfeld aus. Dabei geben sie die aufgenommene Energie wieder ab. Das ist der Moment der Messung: Eine empfindliche Antenne empfängt die Resonanz-Signale (Radiowellen genannt), ein Computer setzt sie zum Bild zusammen.

Schwingende Kerne

Der Chemiker Paul Lauterbur war dabei derjenige, der als Erster aus dem „magnetischen Rauschen“ Bilder herausfilterte. Fortan war es möglich, die von den Protonen abgegebenen Resonanz-Signale räumlich zu orten. Um das zu erreichen, errichtete Lauterbur mit Hilfe von weiteren kleinen Magneten ein räumliches Koordinatensystem. Nun konnte man die Signale aus dem Atomkern genau zuordnen.

In der Praxis heißt das: Dort, wo viel Wasser im Körper ist – und damit viele Protonen –, gibt es ein intensives Signal. Die Kunst der MRT besteht darin, die Signale geschickt auszuwerten. Denn gesundes Gewebe, Entzündungen und Tumoren lassen sich auf diese Weise auseinander halten. Krankheiten werden entlarvt.

Während Lauterbur sich um die „Hardware“ verdient machte, war Mansfields Verdienst die „Software“. Er erdachte Verfahren, mit denen man innerhalb von Minuten ein Bild aus den Messwerten herstellen konnte. Dabei war er seiner Zeit um zehn Jahre voraus. Mittlerweile können Magnetresonanz-Bilder in Bruchteilen von Sekunden „geschossen“ werden.

„Die Magnetresonanz-Tomographie entwickelte sich rasend schnell“, resümiert Hans-Christian Koch, Radiologe am Franklin-Klinikum der Charité. Die ersten Geräte wurden vor 20 Jahren in die Medizin eingeführt. Heute sind weltweit etwa 22000 MRT-Kameras im Einsatz, mehr als 60 Millionen Untersuchungen werden im Jahr gemacht. Unschlagbar ist die MRT vor allem bei Kopfaufnahmen, die bis auf einen halben Millimeter genau sein können und nicht selten die Präzision anatomischer Abbildungen haben.

Ein großer Vorzug der MRT: Bis heute sind keine schwer wiegenden Nebenwirkungen bekannt. Manche Patienten bemerken während der Untersuchung Lichtblitze vor den Augen, die aber wieder verschwinden. Größtes Risiko: das enorm starke Magnetfeld. Es lässt eisenhaltige Gegenstände zum Geschoss werden, wenn sie in seine Reichweite geraten. Wer einen Herzschrittmacher hat oder ein künstliches Gelenk, darf deshalb nicht „magnetisiert“ werden.

Mehr im Internet unter:

www.nobel.se

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