NMR-Imaging:
Bildgebendes Verfahren
Das neue Verfahren der Kern- spintomographie, auch als Kernspinabbildung, NMR (=
Nuclear Magnetic Resonance)- Imaging, Spin-Mapping oder Zeugmatographie bezeichnet, beruht auf der Wechselwirkung von Atomkernen mit Hochfre- quenzstrahlung in einem Ma- gnetfeld und ermöglicht die Messung von Materieeigen- schaften, die keinem der bis- her zur Verfügung stehenden bildgebenden Verfahren zu- gänglich waren. Über die orts- abhängige Verteilung der Kernspindichte erlaubt das Verfahren Aussagen über die Konzentrationsverteilung von Atomkernen in einer Schicht des Körpers.
Im allgemeinen werden die Atomkerne der körpereigenen Substanz Wasser — oder ge-
für die Medizin
nauer: die Protonen der im Wasser gebundenen Wasser- stoffatome — zur Emission von Signalen angeregt.
Die Kernspinresonanz, 1946 von Purcell und Bloch ent- deckt, die dafür 1952 den No- belpreis erhielten, wurde ur- sprünglich zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwi- schen Kernen und Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern eingesetzt, später diente sie zur Materialuntersu- chung, heute ist sie Grundlage der Entwicklung eines neuen bildgebenden Verfahrens für die Medizin.
Zitiert aus einem Fortbildungsaufsatz von Adolf Habermehl, Emil Heinz Graul „Kernspinresonanz-Tomogra- phie", DEUTSCHES ÄRZTEBLATT, 30/1982.
Spektrum der oche Aufsätze • Notizen
GESCHICHTE DER MEDIZIN
Felix Bloch im Jahre 1952, in dem er mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeich-
net wurde Foto: dpa
Felix Bloch, geboren am 23. Okto- ber 1905, ist am 10. September 1983 in seiner Vaterstadt Zürich gestorben.
Er ist zusammen mit Edward Mills Purcell der Entdecker der Kern- spinresonanz, welche unter ande- rem die ärztliche Diagnostik im Tomographie-Verfahren in einer noch unabsehbaren Weise berei- chert. Bloch, der 1952 den Nobel- preis erhielt, gehörte zu den be- deutendsten Naturforschern der Gegenwart, an dessen Werde- gang kurz erinnert werden soll.
Als junger Student hatte er den hervorragenden Lehrer Erwin Schrödinger, der 1933 den Nobel- preis erhielt. Schrödinger entwik- kelte in der Wellenmechanik ei-
nen zweckmäßigen mathemati- schen Formalismus zur Behand- lung quanten-theoretischer Fra- gen. Dadurch wurde die Atom-Mo- lekular- und die Festkörperphysik entscheidend gefördert. Er war unter anderem der Nachfolger Plancks.
Noch im vorigen Jahr schilderte Bloch mit geradezu jugendlicher Begeisterung das Schlüsselerleb- nis seines wissenschaftlichen Le- bens. Es war eine Vorlesung von Erwin Schrödinger, der zum er- sten Mal die Wellengleichung für das Wasserstoffatom darstellte.
Unter diesem Einfluß wandte sich Bloch von der experimentellen Physik ab und der theoretischen Physik zu. Im Alter von zweiund- zwanzig Jahren promovierte er in Leipzig. Sein Doktorvater, der Or- dinarius Werner Heisenberg, war nur vier Jahre älter. Damals läuter- ten sich die Grundlagen der mo- dernen Quantenphysik.
Heisenberg hatte gerade die Ursa- chen für den Magnetismus der Eisenmetalle entdeckt. In seiner Dissertation erweiterte Bloch die Frage nach Struktur der Kristalle.
Das Problem war, wie die Elektro- nen den Gang durch die Kristalle suchen. Stehen ihnen doch über- all Hindernisse durch die Ionen im Wege. Diese Frage beantwortete Bloch. Ohne sie wären uns die so wichtigen Unterschiede unbe- greiflich, wie der zwischen einem elektrischen Isolator, zum Bei- spiel einem Diamanten, und ei- nem elektrischen Leiter, zum Bei- spiel einem Kupferkristall.
Nach Studienreisen im Ausland, natürlich auch nach dem Mekka der Physiker (Kopenhagen), wird Bloch erster Assistent von Wolf- gang Pauli, der 1954 für seine For- schungen auf dem Gebiet der Re- lativitäts- und Quantentheorie den Nobelpreis erhielt, Bald rief ihn Heisenberg nach Leipzig. Er hatte
Entdecker der Kernspinresonanz
Nobelpreisträger Felix Bloch starb 77jährig in Zürich
92 Heft 44 vom 4. November 1983 80. Jahrgang DEUTSCHES ÄRZTEBLATT Ausgabe A
Spektrum der Woche Aufsätze • Notizen Felix Bloch
frühzeitig die vielversprechende Genialität Blochs erkannt. Eine überaus glückliche und harmoni- sche Zusammenarbeit entfaltete sich. Sie fand 1933 ein jähes Ende.
Bloch bewahrte für Heisenberg eine lebenslange Dankbarkeit und Achtung. Er emigrierte in die Ver- einigten Staaten von Nordameri- ka. Dort gelang ihm die folgen- schwere Aufdeckung der Quan- tenelektrodynamik.
Dann wandte er sich wieder den
„alten" Leipziger Problemen des Magnetismus zu, in die ihn Hei- senberg eingeführt hatte. Jetzt forschte er nach dem Magnetis- mus der Atomkerne und ihrer Be- standteile, des Protons und des Neutrons. Anfänglich scheiterten seine Bemühungen. Mit den übli- chen Meßmethoden des Magnet- feldes konnte er nicht exakt ge- nug die Magnetstärke im Verhält- nis von Proton zu Neutron fest- stellen. Seine Untersuchungen mußten durch andere Methoden ersetzt werden.
Hier begann jetzt eine neue Ära, deren immense Folgen heute noch nicht abzuschätzen sind.
Es wurde die Methode der Kernre- sonanz in der spezifischen Form der Kerninduktion geboren. Die Veröffentlichung trägt den Titel
„Nuclear Induction". Sie ist auch sprachlich ein Meisterstück. Inter- essanterweise genügt auch die vor-quantenmechanische Physik zur Erklärung der makroskopi- schen Ausrichtung der Kernma- gnete. Die „alte" Kreiseltheorie erscheint in einem völlig neuarti- gen Licht.
Inzwischen hat die Nuklearinduk- tion auf allen Gebieten ihren Tri- umphzug angetreten. Die ärzt- liche Diagnostik ist besonders vol- ler hoffnungsfroher Erwartung. Al- lerdings dürften jene Enthusia- sten kaum Recht behalten, die das Kürzel der neuen Tomogra- phie — NMR — als Codewort für nie mehr röntgen deuten.
Dr. med. Bernhard Fleiß
Die Arznei hat die Chirurgie treu- lich begleitet. Ihre enge Verbin- dung geht bis in die griechische Sagenwelt zurück. Machaon, Sohn des Asklepios, von Homer hochgepriesener Arzt vor Troja, war ebenso berühmt als Chirurg wie als Arzneikundiger. Chirurgen schrieben bedeutende Werke über beide Gebiete.
Ein besonders eindrucksvolles Beispiel ist das berühmte pompei- janische Fresko, jetzt im Archäo- logischen Nationalmuseum Nea- pel. Die Szene, beschrieben in Vergils „Aeneis" (etwa 29-19), führt mitten hinein in die kritische Phase eines Eingriffs: Der greise Chirurg und Arzneikundige Japis bemüht sich vergeblich, Aeneas einen Pfeilrest aus dem Ober- schenkel zu entfernen.
... mit heilender Hand
Hierzu der Text im zwölften Ge- sang:
„Und mit heilender Hand und den wirksamen Kräutern des Phoebus mühte er sich umsonst. Umsonst versucht' er, des Pfeiles Rohr zu rütteln, ja auch mit eiserner Zange zu packen."
Die Lage wird bedrohlich. Nur noch überirdischer Beistand kann helfen. Ein Glück, daß Aeneas göttlicher Abstammung ist. Vergil fährt fort:
„Da von dem schrecklichen Schmerz des lieben Sohnes er- schüttert, pflückt die Mutter Ve- nus auf kretischem Ida des Dik- tams Stengel, voll schwellender Blätter und purfarbiger Blüten.
Kennen doch diese Pflanze sogar die schweifenden Ziegen, wenn
ein fliegender Pfeil sie haftend im Rücken getroffen. Dies nun brachte Venus herbei, von dunk- len Wolken eingehüllt, und träu- felt das Naß in das glänzende Bek- ken heimlich hinein und mischt zur Heilung noch labende Säfte ihrer Ambrosia zu und köstlich duftenden Balsam. Sorgsam wusch mit dem Wasser die Wunde der greise lapyx ahnungslos; so wich denn aller Schmerz aus dem Körper plötzlich, und das Blut im Innern der Wunde versiegte.
Zwangslos folgte nun auch der Pfeil den Händen des Arztes, trat heraus, und es kehrten zurück die früheren Kräfte."
Schlichte Zweckmäßigkeit Die Göttin kam mit einfachen An- wendungen aus. Die antiken Ärzte dagegen hatten weitere Applika- tionsprobleme. Sie lösten sie mit Geschick, Phantasie und Einfüh- lungsvermögen. Wir haben zwar keine Abbildungen, jedoch Texte und Funde, die zu rekonstruieren erlauben.
Hippokrates und seine Nachfolger empfahlen, mit wenigen und ein- fachen Instrumenten möglichst vielseitig zu arbeiten. Die Unfall- chirurgie, bedeutendste Leistung der Hippokratiker, verlangte so- fortige Hilfe an Ort und Stelle, mit zweckmäßigen, gut zu transpor- tierenden Instrumenten. Der Arzt mußte sich daran halten, und er hielt sich daran, machte ihn doch gerade diese variationsreiche Be- schränkung zum Meister und Künstler.
Die anfängliche Situation wich im Laufe der Zeit ständiger Differen- zierung. Der operativen Chirurgie, beginnend um 300 v. Chr. in Alex- GESCHICHTE DER MEDIZIN
Unkompliziert, geschickt, phantasievoll
Arzneiapplikation in der antiken Chirurgie Günter Döderlein
Ausgabe A DEUTSCHES ÄRZTEBLATT 80. Jahrgang Heft 44 vom 4. November 1983 95
