Protonendichte
Definition
Die Protonendichte beschreibt in der Magnetresonanztomographie (MRT) die Anzahl der MR-aktiven Kernspins (in der Regel Wasserstoff-Protonen) pro Volumeneinheit eines Gewebes. Sie ist eine grundlegende physikalische Gewebeeigenschaft und beeinflusst die Stärke des MR-Signals.
Physikalische Grundlagen
In biologischen Geweben stammt das MR-Signal überwiegend von Wasserstoffprotonen. Die Protonendichte bestimmt, wie viele Spins zur Signalentstehung beitragen können. Je höher die Protonendichte, desto größer ist die resultierende Magnetisierung und damit die maximale Transversalmagnetisierung, die nach einem Hochfrequenzpuls erzeugt werden kann.
Einfluss auf die Signalstärke
Die Signalintensität ist näherungsweise proportional zur Protonendichte:
mit:
- = Signalstärke
- = Protonendichte
Gewebe mit hoher Protonendichte erzeugen daher ein stärkeres MR-Signal als Gewebe mit niedriger Protonendichte.
Abhängigkeit von Gewebeeigenschaften
Die Protonendichte hängt vor allem vom Wasser- und Fettgehalt eines Gewebes ab. Typische Zusammenhänge:
- Gewebe mit hohem Wasser- oder Fettanteil → hohe Protonendichte
- Gewebe mit geringem Wassergehalt → niedrige Protonendichte
Abgrenzung
Die Protonendichte ist eine physikalische Eigenschaft des Gewebes und unabhängig von der Bildgebung. Die Protonendichte-Gewichtung beschreibt dagegen eine Sequenzeinstellung, bei der der Einfluss von T1-Relaxation und T2-Relaxation minimiert wird, sodass Unterschiede in der Protonendichte den Bildkontrast dominieren.
Bedeutung für die MRT
Die Protonendichte beeinflusst die MRT, da sie:
- die maximale Signalstärke bestimmt
- eine Grundlage des Bildkontrasts darstellt
- in Kombination mit Relaxationsprozessen das endgültige Bildsignal beeinflusst
In reinen PD-gewichteten Sequenzen wird dieser Einfluss gezielt hervorgehoben.