Rekonstruktion und Simulation der Ausbreitung ... - OPUS Würzburg

Kapitel 2.1 – Grundlagen: MR-Bildgebung
2.1.2 Physikalische Grundlagen der MR-Messtechnik
2.1.2.1 Magnetische Kernresonanz
Grundlage der MR-Tomographie ist das Prinzip der Kernmagnetischen Resonanz.
Bereits 1946 wurde dieses von F. Bloch [Bloch1946] und E.M. Purcell [Purcell1946]
entdeckt. Im Jahre 1973 gelang P.C. Lauterbur [Lauterbur1973] erstmals der Einsatz
dieser Technik zu Erzeugung eines Schnittbilds eines biologischen Objekts. Seit 1981
sind MRT-Geräte im klinischen Einsatz [Ewen1998].
Im Zustand der Kernresonanz wechselwirkt ein äußeres elektromagnetisches
Hochfrequenzfeld mit dem magnetischen Moment des Kerns von (z.B. Wasserstoff-)
Atomen.
Der Kern eines Atoms setzt sich aus den Kernteilchen (Protonen und Neutronen)
zusammen. Protonen besitzen die Masse 1 und die Kernladungszahl +1; Neutronen
besitzen ebenfalls die Masse 1, jedoch keine Ladung. Alle Atomkerne die eine ungerade
Anzahl von Protonen besitzen (Spinquantenzahl I > 0), verfügen über ein magnetisches
Moment r µ das auch als Kernspin bezeichnet wird.
Kerne mit einer Spinquantenzahl von 0 besitzen keinen Kernresonanzeffekt.
r h r
µ = γ ⋅ ⋅ I
2π
(Gl. 2-1-1)
mit:
γ = Gyromagnetisches Verhältnis = 42,577 MHz/Tesla
h = Planck’sches Wirkungsquantum = 6,626x10 -13 Js
I = Spinquantenzahl
Der Kern des Wasserstoffatoms (Proton) mit seiner Spinquantenzahl I=1/2 eignet sich
in besonderem Maße für Messungen des Kernresonanzeffekts, da das Wasserstoffatom
das häufigste Atom in lebenden biologischen Geweben (ca. 60% Wasseranteil) ist.
Andere zur MR-Bildgebung verwendete Kerne sind 2 H (Deuterium), 13 C (Kohlenstoff),
15 N (Stickstoff), 19 F (Fluor), 23 Na (Natrium) und 31 P (Phosphor).
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