Die ersten Grundlagen für die heutige Anwendung der Magnetresonanz Spektroskopie liegen etwa ein dreiviertel Jahrhundert zurück. Zu jener Zeit wußte man bereits, dass Atome wie ein Planetensystem aus positiv geladenen Protonen im Kern und den negativ geladenen Elektronen in den Außenschalen des Atoms bestehen. Die Zellkerne verhalten sich dabei so, als würden sie ständig um sich selbst rotieren. Und damit wirken sie wie kleine Stabmagneten mit einem Nord- und einem Südpol. ( 1. Teil der Animation).

Flash-Animation: Prinzip des Kernspin Bild zum Starten des Films anklicken

Geraten diese Kreisel in ein Magnetfeld von außen, so richtet sich die Achse nach diesem Magnetfeld aus, der Stab gerät ins Schlingern (2. Teil) Genau wie bei einem Spielzeug, dem Gyroskop, fängt der Kreisel an zu "tanzen" und beschreibt mit seiner Achse selbst einen Kreis. Je nachdem, ob es sich dabei um Wasserstoff-Atome oder um andere chemische Elemente handelt, ändert sich dabei die Schnelligkeit dieser Kreisbewegung.

Der amerikanische Atomphysiker Isaak Rabi beobachtete erkannte in seinen Experimenten mit Lithiumchlorid-Kristallen diese Phänomene und fügte nun eine weitere Energiequelle hinzu: Er bestrahlte die tanzenden Zellkerne mit Radiostrahlung und veränderte das magnetische Feld. Wenn nun die Frequenz der tanzenden Kreisachse genau der Frequenz der Radiostrahlung entspricht, kommt es zur Magnetresonanz: Die Achse des atomaren Stabmagneten dreht sich um und das gesamte Atom nimmt Energie auf. Sobald sich die äußeren Kräfte wieder verändern, wird diese Energie postwendend in Form von Strahlung abgegeben.

Die Entdeckung dieser Kernresonanz trug Rabi 1944 den Nobelpreis für Physik ein, denn mit ihrer Hilfe konnte er nun die Molekülstrukturen mit verschiedenen Atomen analysieren, die sich im magnetischen Feld jeweils anders verhielten.

Mit der Weiterentwicklung von immer schnelleren Computern, die die Datenflut der Resonanzen bei der Veränderung von Radiostrahlung und Magnetfeld in Sekundenbruchteilen analysierten, gelang der Magnetresonanz-Tomografie der endgültige Durchbruch. Sie erlaubten die Entwirrung von immer komplizierteren molekulare Strukturen. Lauterbur machte aus dem gleichmäßigen Magnetfeld einen Gradienten, dessen Stärke von einem Ende zum anderen abnahm. Je nach Position der entsprechenden bestimmter Atome änderte sich nun deren Resonanzfrequenz - und erlaubte nun eine genaue Lagebestimmung des Atoms im Raum. Die Stärke der Resonanzantwort ließ Rückschlüsse auf die Größe des Gewebes zu.

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