2.2.3.1.
Metallspeicher im Gehirn sichtbar machen mit
1H-MR-Spectroskopie
Geeignet zum Erkennen von Metallen im Gehirn mit
kombinierter Magnetresonanzspektroskopie.
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.
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 mi