Wie funktionieren MRT und PET

Wie funktioniert MRT?

Basis der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) sind die magnetischen Eigenschaften von Atomkernen, meist des Wasserstoffkerns, der als Bestandteil von Wasser im menschlichen Körper sehr häufig vorkommt.

Wird ein Mensch ins Innere eines Magnetresonanz-Tomografen gebracht, richten sich bestimmte Atomkerne seines Körpers aus, ähnlich wie kleine Stabmagneten. Diese Ordnung "stört" der Forscher gezielt durch hochfrequente Radiowellen und bringt so die Atomkerne ins "Taumeln". Wird das Radiosignal abgestellt, kehren die Kerne allmählich in ihre Ausgangslage zurück.

Die zuvor aufgenommene Energie geben sie dabei als Radiowellen ab. Über Stärke und Zeit der Taumelbewegung können die Forscher verschiedene Gewebetypen voneinander unterscheiden und so die Strukturen des Gehirns mit einer Auflösung von weniger als einem Millimeter darstellen.

Das Verhalten der Atomkerne unterscheidet sich je nach Art des Gewebes. Je stärker das Magnetfeld im Inneren der Röhre ist, desto klarer unterscheiden sich die verschiedenen Gewebetypen — die anatomischen Unterschiede werden deutlicher.

Eine bestimmte Art der MRT — die Funktionelle Magnetresonanz-Tomografie (fMRT) — gibt Auskunft darüber, welche Bereiche gibt des Gehirns stark durchblutet sind, etwa wenn Patienten Aufgaben lösen oder Bilder betrachten. Ähnliche Ergebnisse – aber selektiver und mit 1000fach höherer Empfindlichkeit – liefert der PET. Er bildet Stoffwechselvorgänge, Hirnaktivitäten oder Rezeptorbelegungen ab.

Wie funktioniert PET?

Bei der Positronenemissions-Tomografie (PET) erzeugt eine schwach radioaktive Substanz - ein so genannter „Radiotracer“ – das Signal. Dieser wird dem Patienten vor der Messung injiziert. Über die Blutbahn gelangen sie ins Hirn und reichern sich je nach Tracertyp an bestimmten Zellen an: Zuckermoleküle etwa dort, wo erhöhter Energiebedarf ist, Botenstoffe an den entsprechenden Rezeptoren.

Die Zerfallsprodukte der radioaktiven Substanz geben Auskunft über die untersuchten Prozesse: Beim spontanen Zerfall der radioaktiven Atome im Tracer entstehen Positronen. Treffen diese auf Elektronen, entsteht ein messbares Signal (zwei Gamma-Strahlen). Sie zeigen mit einer Auflösung von wenigen Millimetern, wo der Radiotracer in molekulare Prozesse involviert war.

So lassen sich Hirnaktivitäten und Stoffwechselvorgänge beobachten, aber auch Tumorgewebe oder oder Rezeptoren, die für die Kommunikation zwischen den Gehirnzellen sorgen.

Um solche Vorgänge im Gehirn zu untersuchen, müssen maßgeschneiderte Radiotracer verfügbar sein, die Jülicher Forscher im Institut für Nuklearchemie vorher entwickelt und getestet haben.