Die Magnetresonanztomographie (MRT), auch Kernspintomographie genannt, ist ein weit verbreitetes Verfahren in der medizinischen Diagnostik und Forschung, um detaillierte Bilder vom Gehirn und seinen Funktionen zu erstellen. Sie nutzt die magnetischen Eigenschaften der Atome im Körper, um Organe bildlich darzustellen. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte von MRT-Bildern des gesunden Gehirns, von den Grundlagen der MRT-Technologie bis hin zu spezifischen Anwendungen und aktuellen Forschungsergebnissen.
Grundlagen der MRT-Technologie
Die MRT nutzt starke Magnetfelder und Radiowellen, um Querschnittsaufnahmen der Gewebestrukturen in Gehirn und Rückenmark zu erzeugen. Das Verfahren ist nicht nur harmlos und schadet nicht der Gesundheit, sondern liefert auch hochauflösende Bilder, die es Medizinern ermöglichen, selbst kleinste Veränderungen in den Gefäßen zu erkennen.
Wie funktioniert die MRT?
Die MRT-Technik basiert auf den magnetischen Eigenschaften der Atomkerne. Durch das Anlegen eines starken Magnetfeldes werden diese Kerne ausgerichtet. Radiowellen stören diese Ausrichtung kurzzeitig, und beim Zurückkehren in den ursprünglichen Zustand senden die Kerne Signale aus, die von der MRT-Maschine erfasst und in Bilder umgewandelt werden.
Sicherheitshinweise
Vor der Untersuchung müssen alle metallischen Gegenstände abgelegt werden, da das Magnetfeld die Funktion von elektronischen Geräten wie Herzschrittmachern beeinträchtigen kann. Während der Untersuchung liegt der Patient in einer Röhre, wobei darauf geachtet wird, dass diese gut belüftet und optimalerweise zu beiden Seiten offen ist. Um die Ohren vor den Klopfgeräuschen des MRT-Geräts zu schützen, werden Ohrstöpsel oder Kopfhörer verwendet.
Anwendung der MRT in der Neurologie
Die MRT ist ein wichtiges Instrument bei der Diagnose und Überwachung verschiedener neurologischer Erkrankungen. Sie ermöglicht die Beurteilung von Hirnstrukturen, Gefäßen und Entzündungsherden.
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Multiple Sklerose (MS)
Bei Verdacht auf MS ist die MRT ein wesentlicher Bestandteil der Diagnostik. Sie kann die für MS typischen Entzündungsherde (Läsionen) im Gehirn und Rückenmark darstellen. Durch die Verwendung von Kontrastmitteln lassen sich frische Entzündungen von bereits abgeklungenen Läsionen unterscheiden. Mit Hilfe der MRT ist MS bei vielen Patienten bereits im Frühstadium erkennbar. Die Aufnahmen liefern somit eine wichtige Grundlage für die frühzeitige Diagnose von MS.
Schlaganfall
Bei Verdacht auf einen Schlaganfall sollte die MRT-Untersuchung des Kopfes die erste Wahl zur Primärdiagnostik sein. Sie ermöglicht die schnelle Erkennung von Durchblutungsstörungen und anderen Veränderungen im Gehirn.
Alzheimer-Erkrankung
Durch ein spezielles MRT-Untersuchungsprotokoll des Kopfes können Ärzte eine Prognose für die nächsten Jahre erstellen und eine Wahrscheinlichkeit für eine eventuelle Erkrankungsgefahr berechnen.
Kopfschmerzen und Schwindel
Auch bei häufigen Kopfschmerzen können krankhafte Ursachen, wie z. B. ein Gehirntumor, sicher ausgeschlossen werden.
Auswirkungen des MRT-Scanners auf die Wahrnehmung
Eine aktuelle Studie von Hirnforschern aus Tübingen hat gezeigt, dass die Untersuchung im MRT-Scanner selbst die Raumwahrnehmung gesunder Personen beeinflussen kann. Das starke Magnetfeld des MRT-Scanners stimuliert ungewollt das Gleichgewichtsorgan und verzerrt dadurch die Raumwahrnehmung.
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Details der Studie
Die Studie ergab, dass sich gesunde Versuchspersonen im MRT plötzlich anders verhielten: Ihre räumliche Aufmerksamkeit driftete zur rechten Seite ab und das Gefühl für die Orientierung des eigenen Körpers im Raum war gestört. Diese Beobachtungen erinnerten die Forscher an Wahrnehmungsstörungen, wie sie nach Schlaganfällen auftreten können.
Bedeutung für die Forschung
Die Erkenntnisse sind bedeutsam für künftige Studien in den Neurowissenschaften. Diese müssen unbedingt die verfälschte räumliche Aufmerksamkeit im MRT-Scanner berücksichtigen. Möglicherweise kann das beobachtete Phänomen dazu genutzt werden, um Schlaganfallpatienten mit Neglect zu therapieren.
Künstliche Intelligenz und MRT-Bilder
Neueste KI-Technologien, wie z. B. Künstliche Neuronale Netzwerke, können das biologische Alter eines Menschen anhand von Hirnbildern genau bestimmen.
Wie funktioniert das?
Tiefe Neuronale Netzwerke sind in der Lage, Sprache zu verstehen und übersetzen, Texte zu interpretieren und Objekte und Menschen in Bildern zu erkennen. Sie können auch das Alter einer Person anhand eines MRT-Scans ihres Gehirns bestimmen.
Erkenntnisse aus KI-Analysen
Die KI-Analysen zeigen, dass die Altersschätzung auf einer ganzen Bandbreite an Merkmalen im Gehirn zurückgeht und dabei generelle Auskunft über den Gesundheitszustand eines Menschen gibt. Die Künstlichen Neuronalen Netzwerke nutzen unter anderem die weiße Substanz, um Vorhersagen zu treffen. Sie analysieren, wie viele kleine Risse und Vernarbungen sich durch das Nervengewebe im Gehirn ziehen, wie breit die Furchen in der Großhirnrinde sind oder wie groß die Hohlräume, die sogenannten Ventrikel.
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Zukünftige Anwendungen
Künstliche Neuronale Netzwerke werden eine zunehmend wichtigere Rolle bei der medizinischen Diagnose einnehmen. In Zukunft könnte ein Hirnscan von verschiedenen Netzwerken automatisch analysiert werden, die sich jeweils auf bestimmte Bereiche spezialisiert haben - eines zieht Rückschlüsse auf Alzheimer-Erkrankungen, das andere auf Tumore, und wieder ein anderes auf mögliche psychische Störungen.
Anatomische Strukturen im MRT-Bild
Um das Lesen von MRT-Bildern zu erleichtern, werden die Strukturen des menschlichen Gehirns in Gruppen und Untergruppen eingeteilt, die wahlweise angezeigt werden können:
- Hirnlappen und Hirngebiete: Großhirn mit den verschiedenen Lappen.
- Hirnstamm und Kleinhirn: Mittelhirn, Brücke und verlängertes Rückenmark.
- Großhirn: Zerebrale Kommissurfasern (Balken, Fornix), Assoziationsfasern des Großhirns, Basalkerne und verwandte Strukturen (Basalganglien, blasser Kern, linsenförmiger Kern, usw.), Endhirnbasis (Riechstreifen, Kernkomplex-Vormauer-Gebiet, Mandelkörper, vordere perforierte Substanz), und schließlich das Brodmann-Areal.
- Zwischenhirn: Insbesondere der Sehhügel, die Pulvinarkerne, die Epiphysenstiel, die Zirbeldrüse, das Infundibulum (Hypophysenstiel) und die Neurohypophyse.
- Kleinhirn: Mit seinen verschiedenen Fissuren und Lappen sowie den Strukturen des Kleinhirnwurms.
- Hirnstamm: Unterteilt in Mittelhirn, Brücke und verlängertes Rückenmark (Bulbärhirn, Nachhirn).
- Hirnnerven: Auf der Ebene ihrer Entstehung, und die Hirnnervkerne mit einer Projektion ihrer vermeintlichen Position auf den Hirnstamm.
- Hirnkammern: (Seitenventrikel, dritter Ventrikel, vierter Ventrikel) mit dem Adergeflecht.
- Hirnhäute: Mit Säcken, die die Cerebrospinalflüssigkeit (CFS) enthalten, aber auch die verschiedenen Schichten und pericerebralen Räume.
- Arterien der Enzephalie: Die aus den inneren Halsschlagadern und Wirbelsäulen entstehen und den Willis-Kreis (Arterienkreis an der Hirnbasis) bilden.
- Die wichtigsten tiefen und oberflächlichen Venen: Sowie die verschiedenen Hirnsinus (oberer Pfeilblutleiter und unterer S-förmiger Blutleiter, gerader Blutleiter, Schwellkörperhöhle, unterer und oberer Felsenbeinblutleiter).
Perivaskuläre Räume und Migräne
Forscher haben auf MRT-Bildern signifikante Veränderungen in den perivaskulären Räumen einer Gehirnregion entdeckt, die als Centrum semiovale bezeichnet wird.
Was sind perivaskuläre Räume?
Perivaskuläre Räume sind flüssigkeitsgefüllte Blasen, die Blutgefäße im Gehirn umgeben. Sie befinden sich am häufigsten in den Basalganglien in der Tiefe der Großhirnhemisphäre und dem Zentrum des Großhirns sowie entlang des Sehtrakts. Perivaskuläre Räume können Anomalien an der Blut-Hirn-Schranke und Entzündungen verursachen.
Zusammenhang mit Migräne
Bei Patienten mit chronischer Migräne sind sowohl das Marklager sowie die perivaskulären Räume vergrößert. Die Forscher vermuten, dass signifikante Unterschiede in den perivaskulären Räumen bei Patienten mit Migräne im Vergleich zu gesunden auf eine glymphatische Störung im Gehirn hindeuten. Das glymphatische System ist dafür zuständig, lösliche Proteine und Metaboliten, die Abfälle sind, aus dem zentralen Nervensystem zu eliminieren.
Praktische Aspekte der MRT-Untersuchung
Eine MRT-Untersuchung des Kopfes dauert in der Regel etwa 30 Minuten oder weniger und hängt von der Komplexität des Verfahrens ab.
Vorbereitung
Vor der Untersuchung müssen alle metallischen Gegenstände abgelegt werden. Sollte der Patient einen Herzschrittmacher haben, ist eine MRT nicht möglich, da das Magnetfeld die Funktion des Geräts beeinträchtigen könnte.
Ablauf
Während der Untersuchung liegt der Patient ruhig in der MRT-Röhre. Um die Ohren vor den Klopfgeräuschen des MRT-Geräts zu schützen, werden Ohrstöpsel oder Kopfhörer verwendet.
Auswertung
Anschließend werden die MRT-Ergebnisse von Radiologen ausgewertet und analysiert, um ein genaues Bild davon zu erhalten, was im Kopf vor sich geht.