Metalle Speichergifte sichtbar machen mit 1H-MR-Spectroscopie

(geeignet zum Erkennen der verschiedenen Metalle im Gehirn)

Im Gegensatz zur konventionellen MR-Diagnostik mit Kontrastmittel können mit der 1H-MR-Spektroskopie wichtige Informationen über den Metabolismus intrakranieller Tumoren gewonnen werden. Dies ermöglicht eine genauere Abgrenzung von entzündlichen Prozessen hirneigenen Tumoren und Metastasen, die im MRT eine ähnliche Bildmorphologie aufweisen. Zudem gelingt die für die Wahl der Therapie entscheidende Graduierung der Gliome exakter. Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz der 1H-MR-Spektroskopie ist jedoch die Einhaltung definierter Qualitätsstandards bei der Festlegung des Messvolumens und der lokalen Feldhomogenität. Bei kleinen Volumina (=1,5mL)  und bei der spektroskopischen Bildgebung sind zurzeit noch für ein ausreichendes Signal- Rausch-Verhältnis sehr lange, im klinischen Routinebetrieb nicht akzeptable Messzeiten erforderlich. Die Einführung von

3T-MR-Geräten, der Einsatz der parallelen Bildgebung und schneller MRS-Sequenzen werden zu einer erheblichen Verkürzung der Untersuchungszeit bei gleichem Signal-Rausch-Verhältnis führen. Insbesondere die Messzeit für die spektroskopische Bildgebung wird soweit reduziert werden können, dass sie künftig in Standarduntersuchungsprotokolle integriert werden kann.

Schlüsselwörter: Hirntumor, Glioblastom, Krebsdiagnostik, Differenzialdiagnose, Maqnetresonanzspektroskopie.

Die konventionelle Schnittbilddiagnostik mittels Computertomographie und Magnetresonanztomographie (MRT) erlaubt eine sehr genaue Lokalisation intrazelebraler Raumforderungen, weiterhin schwierig ist jedoch die differenzialdiagnostische Einordnung und gegebenenfalls Graduierung.

So können nicht nur Glioblastome nach Gabe von Kontrastmittel eine ringförmige Anreicherung zeigen, sondern auch Metastasen, subakute Infarkte, proliferierende Herde bei multipler Sklerose. akuter disseminierter Enzephalomyelitis (ADEM) und Abszessbildung; also Erkrankungen, die für den Patienten, sowohl hinsichtlich der Prognose als auch der Therapie sehr unterschiedlich zu bewerten sind. Durch den Einsatz der 1H-MR-Spektroskopie (1H-MRS), die unter anderem auch bei angeborenen Enzymdefekten und der Differenzierung verschiedener Demenzformen wichtige Informationen beiträgt, lässt sich dieses Problem in zahlreichen Fällen lösen.

Mittels 1H-MRS können aufgrund der so genannten chemischen Verschiebung. der Resonanzsignale von Protonen in Abhängigkeit von der jeweiligen chemischen Umgehung Metabolite in vivo detektiert und quantifiziert werden.

Zwar ist ins Gegensatz zu biochemischen Untersuchungen im Labor in vivo die Signalqualität erheblich reduziert jedoch können mit den in größeren Krankenhäusern und Praxen verfügbaren 1,5-TesIa-Kernspintomographen nach entsprechender technischer Ausstattung wichtige Metabolite analysiert werden; unter anderem Trimethyiamine wie Cholin, Glycerophosphocholin und .Phosphocholin (Gesamt-Cholin) als Marker des

Membranphospholipidmetabolismus, Kreatin-/Kreatinphosphat (Gesamt-Kreatin) als Marker für den Energiemetabolismus und N-Acetyl-Aspartat sowie N-Acetyl-Aspartyl-Glutamat (Gesamt-NAA) als Marker für die Synthese beziehungsweise für den Abbau von neuronenspezifischen Aminosäurederivaten. Letztere erlauben die bei vielen neurologischen Fragestellungen bedeutsame Beurteilung der Integrität von neuronalem Gewebe.

Weitere wichtige mittels 1H-MR-Spektroskopie fassbare Metabolite sind das Myo-Inositol (MI), das Konzentrationsänderungen unter anderem bei Osmoregulationsstörungen sowie Synthesestörungen funktional wichtiger Membranphospholipide aufweisen kann. Darüber hinaus können Laktat (Lac) als Marker für die anaerobe Glykolyse und Lipide (Lip) als Marker für eine Nekrosebildung verwendet werden.

siehe auch AMALGAM


Grundlagen der klinischen 1H-MR-Spektroskopie

Die physikalische Grundlage der 1H-MR-Spektroskopie ist identisch mit der Grundlage der MR-Bildgebung:

Werden Atomkerne mit einem magnetisches Dipolmoment (beispielsweise die Protonen des Wassers) in einem Magnetfeld einem Hochfrequenzpuls (HF-Puls) ausgesetzt, so ist die dadurch bedingte Umorientierung dieser Dipole mit der Ausstrahlung oder Absorption von Energie verbunden. Das dabei aufgenommene Energiespektrum bildet intramolekulare Feldänderungen ab, die durch Wechselwirkungen der Protonen mit der Elektronenhülle und benachbarten Atomkernen verursacht werden. Diese sind charakteristisch für die chemische Bindung, in der sich das Atom befindet. sodass das Spektrum wie ein Fingerabdruck der beobachteten Verbindung zu werten ist. Die Fläche unter dem Spektrum ist proportional zur Konzentration der Verbindung. So können im Prinzip die Konzentrationen verschiedener Verbindungen ermittelt werden. In der Spektroskopie werden die Intensitäten üblicherweise nicht in Abhängigkeit von der Energie (oder Frequenz) sondern in Abhängigkeit von der relativen Verschiebung. bezogen zur bekannten Frequenz einer Referenzsubstanz aufgetragen. Da diese in der Größenordnung von 10 hoch 6 liegen, spricht man von „parts per million“ (ppm). Diese Resonanzfrequenzunterschiede werden auch als ‚“chemical- shift“ bezeichnet. Durch die Verhältnisangabe in ppm wird zu gleich eine Unabhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes erreicht. So ist zum Beispiel der Resonanzunterschied von Fett- und Wasserprotonen hei 1,0 T 150 Hz. und bei 1,5 T 225 Hz. In beiden Fällen beträgt der Unterschied jedoch 3,5 ppm.


Befunde bei Tumorrezdiven und Strahlerinekrosen

Nach der Radiatio von Hirntumoren sinkt im Verlauf die Gesamt-Cholin, soweit im Tumor nachweisbar, die Gesamt-Kreatin und Gesamt-NAA-Konzentration. Gleichzeitig steigt als Folge des voranschreitenden Zell- und damit verbundenen Membranphospholipid-Zerfalls die Konzentration neutraler Lipide kontinuierlich an (13, 16, 25, 37). Bei Ausbildung einer kompletten Stahlennekrose lassen sich im Bestrahlungsgebiet lediglich noch Lipidresonanzen nachweisen. Somit ist prinzipiell eine Differenzierung von Strahlennekrose und Tumorrezidiv mittels 1H-MRS möglich. In der Praxis wird diese jedoch durch mehrere Sachverhalte erschwert. Erstens zeigen sich im Bestrahlungsgebiet wahrscheinlich in Abhängigkeit vom Untersuchungszeitpunkt und dem Grad des Ansprechens des Tumors meist reduzierte, jedoch nicht völlig fehlende Gesamt-Choln-Resonanzen. Zweitens können die Gesamt-Cholin-Konzentrationen in einem‚ nekrotisierenden Prozess, also während der Ausbildung der Strahlennekrose durchaus leicht erhöht sein, und drittens zeigen a priori stark nekrotisch transformierte Glioblastome und Metastasen ähnlich einem aktiv nekrotisierenden Prozess ebenfalls nur leicht erhöhte Gesamt-Cholin bei gleichzeitig deutlich erhöhten Lipidkonzentrationen.

Für die positive Diagnose eines Tumorrezidivs daher eine ähnlich nicht bestrahltem Tumorgewebe deutlich erhöhte Gesamt-Cholin-Konzentrationen zu fordern (um mindestens 40 bis 60 Prozent im Vergleich zu normalem Marklager). Da diese jedoch erst bei großen, soliden Rezidiven zu erwarten ist, sind ähnlich der MR-Bildgebung engmaschige Verlaufskontrollen zum Ausschluss oder Nachweis steigender Gesamt-Cholin-Konzentrationen im Bestrahlungsgebiet notwendig.


Perspektive für die 1H-MRS

Da die H-MRS direkt von einer besseren Signalqualität, beispielsweise von einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis profitiert bedingt die momentan laufende Erhöhung der Feldstärke der Hochleistungs-MRT’s von 1,5 auf  3,0 Tesla einen enormen Fortschritt. Dies ermöglicht die Messung kleinerer Volumina und damit die Verminderung von Partialvolumeneffekten bei kleinen oder stark inhomogenen Läsionen. Zudem gelingt eine bessere Trennung und damit Auflösung der einzelnen Metabolite, gegebenenfalls die zuverlässigere Detektion von Metaboliten mit geringeren Konzentrationen. Alternativ kann die Untersuchungszeit verkürzt werden. Durch Kombination bildgebender Verfahren (Phasenkodierung durch Feldgradienten) mit der Spektroskopie ist es auch möglich, in einer Schicht während einer Untersuchung ein Gitter multipler kleiner Volumina (Voxel) in Bezug auf die chemische Verschiebung hin zu untersuchen. Aus den Daten können Einzelspektren extrahiert werden, sodass mittels geeigneter Software Karten der Metabolitverteilung im Gehirn erstellt werden.