Die Entwicklung der Magnetresonanztomographie

Die Geschichte der Magnetresonanztomographie reicht von der physikalischen Entdeckung des Felix Bloch & Edward Purcell zur Real-Time-Bildgebung. Mit der Magnetresonanztherapie wurde der Traum von einem gesundheitsneutralen, ungefährlichen Untersuchungverfahren zur Wahrheit.

Einige der unten gezeigten Abbildungen wurden dem Buch „Magnetic Resonance in Medicine“ von Prof. Peter A. Rinck mit freundlicher Genehmigung des abw-Verlages und des Autors entnommen.

Cool Timeline

2018
April 24

~1800: DIE MATHEMATISCHEN GRUNDLAGEN FÜR MRT BILDER WERDEN VOR ETWA 200 JAHREN BESCHRIEBEN

Jean-Baptiste Fourier (1768-1830), ein enger Vertrauter von Napoléon Bonaparte, zeitweilig Präfekt im französischen Départment Isère und einer der bedeutensten Mathematiker seiner Zeit beschreibt die nach ihm benannte Fourier-Transformation. Ohne diese wäre die Errechnung von MRT Bildern nicht möglich.
April 24

~1900: DER VATER DER MAGNETFELDER

Nikola Tesla (1856-1943), ein außergewöhnlicher Visionär, entwickelt das Radio und den Wechselstrom. Neben seinen über 700 Patenten, welche er im Laufe seines bewegten Lebens angemeldet hat, beschreibt er die Entstehung und die Wirkung von Magnetfeldern. Die heutige international verwendete Einheit für die Stärke eines Magnetfeldes ist nach ihm benannt.
April 24

1946: DIE PHYSIKALISCHE ENTDECKUNG DES „KERN-SPINS“ DURCH BLOCH UND PURCELL

Felix Bloch und Edward Purcell entdeckten unabhängig voneinander, dass bestimmte Atomkerne in einem externen Magnetfeld in der Lage sind, hochfrequente Radiowellen zu absorbieren. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Frequenz der eingestrahlten Hochfrequenz (HF)-Pulse mit der Eigenfrequenz der Atomkerne, der sogenannten Larmorfrequenz (f0) übereinstimmt.
April 24

1952: AUSZEICHNUNG DURCH DAS NOBELPREIS-KOMITEE

Nobelpreis der Physik für Bloch und Purcell.
April 24

1971: KANN DIE NEUE TECHNIK AUCH ZUR DIAGNOSE VON KRANKHEITEN VERWENDET WERDEN?

Raymond Damadian entdeckt anhand von in-vitro Versuchen, dass sich die Protonenrelaxationszeiten von malignen Tumoren und normalem Gewebe unterscheiden. Er erzeugt allerdings noch keine Schichtbilder, sondern misst mit seiner sogenannten ‚FONAR’ Technik ein-dimensionale Relaxationszeiten in unterschiedlichen Geweben.
April 24

1973: SCHNELLE VERBREITUNG IN PHYSIK UND CHEMIE – NUN FOLGT DER EINSATZ AN LEBEWESEN

Paul Lauterbur/ New York zeigt die ersten biologischen Anwendungen in der hoch angesehenen Zeitschrift ‚Nature’: erste ortsaufgelöste Abbildung eines flüssigkeitsgefüllten Modells. Die Idee, Magnetfeldgradienten in allen drei Dimensionen zu schalten, um zwei- oder drei-dimensionale Bilder zu erzeugen, entsteht, als er die ersten CT Bilder zu Gesicht bekommt.
April 24

1974: BEIM TIER SPIELT ZEIT KEINE ROLLE

Raymond Damadian in Aberdeen/ Schottland kann die erste Abbildung eines Tumors an einem lebenden Tier präsentieren.
April 24

1975: EINE WESENTLICHE VEREINFACHUNG DER DATENAKQUISITION

Richard Ernst aus Zürich beschreibt die Datenakquisition mit der ‚NMR Fourier Zeugmatographie’. Diese Grundlagen werden bis heute für die MRT verwendet.
April 24

1977: DER BEWEIS: DIE TECHNIK IST AUCH AM MENSCHEN ANWENDBAR

R. Damadian gelingt das erste Bild des menschlichen Körpers – ein Thoraxquerschnitt. Obwohl das Bild technisch sensationell ist und Wissenschaftler in aller Welt aufhorchen lässt, reicht die Ortsauflösung bei weitem nicht für eine diagnostische Verwendung. Die Aufnahmezeiten betragen mehrere Stunden und sind damit für eine praktische Anwendung viel zu lang.
April 24

1978: NUR BEI ERHEBLICH VERKÜRZTER AUFNAHMEZEIT BESTEHT AUSSICHT AUF EINE KLINISCHE ANWENDUNG

Peter Mansfield in Nottingham beschleunigt die Bildakquisition deutlich: Es wird nunmehr eine ganze Bildzeile gleichzeitig statt eines einzigen Bildpunktes ausgelesen.
April 24

1978: EMI, BEREITS PIONIER DER CT ENTWICKLUNG, NUN AUCH VORREITER BEI MRT

Ian R. Young und Hugh Clow, zwei Mitarbeiter der englischen Firma EMI, welche die ersten Computer-Tomographen entwickelt hatte, gelingen die ersten Schichtbilder des menschlichen Gehirns.
April 24

1981: IN ABERDEEN, NOTTINGHAM UND HAMMERSMITH WERDEN ERSTAUNLICHE ENTDECKUNGEN GEMACHT

Erste klinische Anwendungen werden veröffentlicht: Eine Unterscheidung zwischen malignem Tumor und gesundem Gewebe. Ferner gibt es erste Vergleiche zum CT, z.B. bei Demylinisierungen bei der Multiplen Sklerose. Der Vorteil der MRT liegt im deutlich höheren Weichteilkontrast.
April 24

~1981: DIE GERÄTE SIND TECHNISCHE KOLOSSE

Die ersten Geräte enthielten einen zirkulären Permanentmagneten. Diese bestanden aber aus ferromagnetischem Material und wogen leicht über 100 Tonnen! (einer der Gründe, warum bis heute manche MRT Abteilung im Keller einer Klinik zu finden ist!). Als Alternative wurden Widerstandsmagneten eingesetzt. Nachteile: hoher Kühlbedarf für die sich erwärmende Spule, maximal 0.3 Tesla (T) Feldstärke zu erreichen. Durchgesetzt haben sich supraleitende Magneten, welche Feldstärken auch deutlich über 1 T erlauben. Die ersten Magneten werden von Oxford Magnets hergestellt. Bis heute werden die meisten Magneten in dieser Region fabriziert.
April 24

1981: KLINISCHER EINSATZ: KEINE STRAHLUNG, HÖCHSTER KONTRAST

Die Methode findet klinisch zunehmende Akzeptanz und wird insbesondere für die Diagnostik des Zentralen Nervensystems (ZNS) zur Methode der Wahl. Vorteile sind neben dem hohen Weichteilkontrast die fehlende Strahlenbelastung, die Möglichkeit, Bilder in allen Schichtorientierungen anzufertigen, sowie die fehlende Beeinträchtigung der Bildqualität durch den dichten Knochen.
April 24

1982: NEUE IMPULSE FÜR DIE BILDGEBUNG

N. Muller beschreibt die ‚Off-Resonance’ Bildgebung. Heutzutage wird diese als Transfer-Magnetisierungs-Bildgebung bezeichnet
April 24

1983: AUCH DIE MRT BENÖTIGT KONTRASTMITTEL

Die Schering AG in Berlin hinterlegt das erste Patent für ein durch Dr. Weinmann entwickeltes MRT Kontrastmittel. Ende der 80er Jahre wird dieses Gd-DTPA (Magnevist®) als erstes MRT-Kontrastmittel im Handel verfügbar. Die Verteilung ähnelt jener der iodhaltigen Röntgenkontrastmittel. Die Verträglichkeit ist jedoch deutlich besser. Zunächst hatte man geglaubt, die MRT als ‚Hochkontrastverfahren’ würde keine Kontrastmittel benötigen.
April 24

~1984: KEINE SPUR VON RADIOAKTIVITÄT!

Der Begriff NMR für Nuclear Magnetic Resonance, welcher immer wieder fälschlicherweise mit Radioaktivität in Verbindung gebracht wurde, wird zunehmend durch MRT (Magnet-Resonanz-Tomographie) ersetzt.
April 24

1985: DAS EXTREM STARKE MAGNETFELD (MEHR ALS 1000X STÄRKER ALS DAS ERDMAGNETFELD) BIRGT GEFAHREN

Eine Mobilisierung eines Eisensplitters durch das statische Magnetfeld eines MR Tomographen führt zur Erblindung eines Patienten. Es ist der erste bekanntgewordene schwere Unfall in der medizinischen MRT. Im selben Jahr wird ein MTA von zwei fast 50 kg schweren Eisenplatten (diese waren zu nah an MRT Einheit abgestellt worden), welche durch den Magneten beschleunigt wurden, getroffen und schwer verletzt.
April 24

1989: DER NIMBUS DER UNGEFÄHRLICHEN UNTERSUCHUNG WEICHT

Erster Todesfall durch ein MRT Gerät. Der Patient trug einen Herzschrittmacher, welcher im MRT Gerät beschädigt wird und aussetzt.
April 24

~1988: AUCH IN DER HERZBILDGEBUNG HÄLT DIE MRT EINZUG

Neue Techniken ermöglichen den Einsatz der MRT für die Bildgebung des Herzens. Hierfür sind enorme technische Anstrengungen notwendig, um das Herz in der sehr kurzen Phase ohne Bewegung (Enddiastole) darzustellen. Voraussetzung ist eine Kopplung der Messungen an den Herzrhythmus durch die Kopplung an ein kontinuierlich im Gerät abgeleitetes EKG.
April 24

1989: BEGINN DER MR-ANGIOGRAPHIE: DAS BLUT SELBST IST DAS KONTRASTMITTEL

Erste MR-Angiographie (MRA) – Es werden zunächst Sequenzen eingesetzt, bei denen das strömende Blut deutlich mehr Signal als das umgebende Gewebe aufweist.
April 24

~ 1990: AUCH DIE WEIBLICHE BRUST KANN STRAHLENFREI UNTERSUCHT WERDEN

Die MR-Mammographie entwickelt sich zu einem klinisch sehr nützlichen Verfahren, um Tumoren der weiblichen Brust aufzuspüren. Ein wesentlicher Bestandteil neben statischen Sequenzen sind hier dynamische T1-gewichtete Sequenzen nach Kontrastmittelgabe. Sie zeigen die Durchblutung der Mamma und können somit die zumeist verstärkt perfundierten Tumoren aufspüren.
April 24

1991: DIE MRA WIRD EIN ERNSTER KONKURRENT FÜR DIE INVASIVE ANGIOGRAPHIE

Die MRA ohne Kontrastmittel (die sogenannten ‚time-of-flight’ und ‚phase contrast’ Techniken) haben einen Nachfolger: Die Kontrastmittel-verstärkte MRA. Hierfür wird ein T1-Kontrastmittel im raschen Bolus gespritzt und eine schnelle stark T1-gewichtete Sequenz gefahren. Die Gründe für diesen Wechsel sind die Anfälligkeit der bisherigen Techniken für Artefakte aus der Umgebung oder langsam fließendes Blut.
April 24

~1993: BEI PLATZANGST MRT!

Die ersten offenen MRT Geräte werden verfügbar. Der Patient liegt hier nicht mehr in einem röhrenförmigen Gerät sondern zwei kreisförmige Magneten liegen unter und über dem Untersuchungstisch. Durch die neue Technik kann die MRT vermehrt bei Patienten mit Platzangst und bei Kindern angewendet werden. Auch Interventionen mit MR-kompatiblen Materialien sind in diesen Geräten einfacher möglich.
April 24

1996: DIE LEBER MIT „ROST“ ANGEFÄRBT

Mit AMI 25 (Endorem®, Guerbet; FerridexTM, Berlex), einem Eisenoxid für die Leberdiagnostik erscheint das erste organspezifische Kontrastmittel. Der kontrastgebende Bestandteil dieser Verbindungen sind Eisenoxide, im Volksmund als Rost bezeichnet.
April 24

~1999: DER UNTERSUCHUNGSTISCH BEWEGT SICH

Moving-Table Technik: Die Erfassung von Bildvolumina, welche das Field-of-View (FOV) überschreiten wird ohne manuelles Verschieben der Spule möglich. Es können wie in der CT größere Bereiche dargestellt werden. Die periphere MRA mit einer einzigen Kontrastmittelinjektion wird möglich.
März 8

~1999: DER ANGIOGRAPHIE AUF DEN FERSEN

Zeitaufgelöste „4D“ MR-Angiographie. Es werden sehr schnelle MRA Sequenzen entwickelt, die in sehr kurzen Abständen mehrfach wiederholt werden. Hierdurch ist nicht nur eine morphologische Information (Gefäß durchströmt ja/nein) sondern eine funktionelle Information (z.B. Flussgeschwindigkeit, Strömungsrichtung) verfügbar.
März 8

~2000: NEUE HORIZONTE?

Lange Zeit galten 1.5 T Geräte als Hochfeldgeräte und das Maximum des technisch machbaren für die klinische Routine. Jetzt werden 3 T Geräte allgemein verfügbar. Ob diese wesentliche Vorteile für die klinische Bildgebung versprechen und eine weite Verbreitung finden werden, bleibt abzuwarten.
2000
März 8

HEUTE: METHODE DER WAHL BEI VIELEN UNTERSUCHUNGEN

Die MRT ist die Methode der Wahl für die Diagnostik des zentralen Nervensystems, den Bewegungsapparat und des Spinalkanals. Die Methode ist schneller geworden (zahlreiche Untersuchungen sind in 15-20 min möglich) und aufgrund der fehlenden Strahlenbelastung beliebig wiederholbar.