Die Magnetresonanztomografie (Kernspin, Kernspintomografie, MR, NMR) ist ein komplexes bildgebendes Verfahren, das ohne Strahlenbelastung auskommt und ebenfalls eine schichtweise Darstellung des Körpers ermöglicht. Beim Kernspin werden die Wasserstoffkerne in den verschiedenen Gewebearten der Patient*in (Ärzt*innen sprechen von „Geweben“) durch ein starkes Magnetfeld einheitlich ausgerichtet. Nun lassen sie sich mit Radiowellen verschiedener Frequenz gezielt beeinflussen, beim Abschalten der Radiowellen richten sich die Wasserstoffkerne erneut nach dem Magnetfeld aus. Dabei senden die Wasserstoffkerne selbst schwache Radiowellen aus, die ausgewertet werden. Viele Gewebe, die sich im Röntgenbild kaum unterscheiden lassen, z. B. Knorpel, Muskeln und Sehnen, sind so darstellbar.
Die Technik ist kompliziert, die Geräte sind auch entsprechend teuer – revolutionär war die Kernspintomografie jedoch deshalb, weil sie in zuvor unvorstellbar präzisen Details die Beurteilung kranker Gewebe möglich gemacht hat. So ließen sich erstmals auch sehr kleine Krankheitsherde, etwa bei der Multiplen Sklerose, sichtbar machen. Kernspin kommt komplett ohne Strahlenbelastung aus, allerdings ist die Untersuchung aufgrund der Lärmbelastung, der räumlichen Enge im Gerät und ihrer Dauer (bis 30 Minuten) für die Patient*inn recht anstrengend. Erwachsene gewöhnen sich meist an diese Belastung, bei kleineren Kindern ist jedoch häufig eine Vollnarkose oder eine beruhigend einwirkende Begleitperson erforderlich, um aussagefähiges Bildmaterial zu gewinnen.
Der funktionelle Kernspin (fMRT) ist eine Weiterentwicklung des Kernspins, das Stoffwechselaktivitäten im Körper (z. B. im Gehirn) sichtbar macht. Nach einem normalen, hoch auflösenden Kernspin wird die Patient*in gezielten Reizen ausgesetzt, z. B. vollführt er eine bestimmte Bewegung mehrmals und macht anschließend eine Pause. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt und ebenfalls gemessen. Die gewonnenen Daten können später in das hochauflösende erste Bild hineinprojiziert werden. Die Untersuchung dauert noch länger als ein normaler Kernspin (bis zu 45 Minuten), bietet für die neurologische bzw. neuropsychologische Diagnostik jedoch einzigartige Möglichkeiten.
Mit derselben Technik lässt sich auch die Bewegung des Bluts im Herzen oder die Luftfüllung der Lunge darstellen.
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