# Moderne Methoden der Zellbiologie

VIII: Darstellung des Gehirns (INHALT) |

### NMR: Kernspintomographie

### Spinpräzession und die Magnetisierbarkeit von biologischem Gewebe | HIGHRES 122 kbyte

Ein im Magnetfeld ausgerichteter Spin rotiert mit hoher Frequenz um die Magnetfeldrichtung. Diese Eigenschaft (Präzession) ist analog dem Verhalten eines rotierenden Kreisels, der von der Seite angestoßen wird: Er kippt ein wenig aus der Längsachse, fällt aber nicht um, denn seine Eigenrotation stabilisiert ihn auf einer gleichmäßigen Drehbewegung (linkes Bild). So wie der Kreisel um die Gravitationsachse präzediert, "kreiselt" der Spinmagnet um die Magnetfeldrichtung (rechtes Bild). Die Geschwindigkeit dieser Präzession hängt von der Magnetfeldstärke ab und wird als Larmorfrequenz bezeichnet. Die Larmorfrequenz von Protonen in einem Magnetfeld von 1 Tesla Stärke beträgt 42 MHz; der Spin kreiselt also 42-millionenmal pro Sekunde um die Magnetfeldachse. Die Larmorfrequenz befindet sich im Wellenlängenbereich von Radiofrequenzen, und - genau wie die Signale einer Radiostation - kann man mit geeigneten Geräten die Signale präzedierender Kernspins empfangen. Doch dazu bedarf es einer Anregung durch Kernresonanz: |

Resonanz: Der Ton einer Stimmgabel versetzt nur die Stimmgabel in Schwingung, deren Eigenfrequenz mit der Frequenz der akustischen Welle übereinstimmt. Die Tonhöhe (Frequenz), die die durch Resonanz angeregte Stimmgabel abgibt, entspricht genau der Frequenz, mit der sie angeregt worden ist. | Kernresonanz: Ein Spin präzediert im Magnetfeld eines NMR-Gerätes mit einer Larmorfrequenz von 42 MHz. Eine Spule sendet ein magnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von 42 MHz, das das Hauptmagnetfeld in einem Winkel von 90o überlagert (grün). Resonanz von Spin und Spulenfeld zwingen den Spin, im Rhythmus des Spulenfeldes zu präzedieren. Diesen Vorgang nennt man Resonanzanregung. Bei Abschalten des Spulenfeldes strahlen die angeregten Spins Radiowellen der gleichen Frequenz wieder ab.

Solange die Resonanzspule ausgeschaltet bleibt, präzedieren alle Spins im untersuchten Gewebe mit gleicher Frequenz (Larmorfrequenz), aber ihr Kreiseln ist unabhängig und nicht koordiniert. Das ändert sich beim Einschalten der Spule: Die Resonanz zwingt alle Spins, ihre Präzession dem Magnetfeld der Spule anzupassen. Dadurch kreiseln nun alle Spins im Gleichtakt um die Magnetachse: die Präzession wird phasenkohärent. Durch die Koordination der Präzession aller Überschußspins im untersuchten Gewebe entsteht eine Quermagnetisierung, eine magnetische Komponente des Gewebes, die rechtwinklig zum Hauptmagnetfeld ausgerichtet ist, und die noch für kurze Zeit weiterbesteht, nachdem die Spule ausgeschaltet wird: Das Gewebe ist magnetisiert!

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Institut für Biologische Informationsverarbeitung im Forschungszentrum Jülich