Differenzierung osteoporotischer und tumoröser Wirbelkörperfrakturen mit diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Akute Wirbelköperfrakturen sind eine häufige Erkrankung älterer Patienten, die sowohl durch osteoporotische Veränderungen als auch bei Tumorbefall des Knochenmarks entstehen. Die Differenzierung beider Formen ist essentiell für die Therapieentscheidung. Ziel der durchgeführten Untersuchungen war, die Differentialdiagnostik von tumorösen und osteoporotischen Wirbelkörperfrakturen mit der Magnetresonanztomographie (MRT) zu verbessern. Die bisher veröffentlichten Ergebnisse beurteilen den Nutzen der hierzu eingesetzten diffusionsgewichteten „steady-state free-precession“(-SSFP)-Sequenz zwar überwiegend positiv, doch in einigen Fällen wurden auch abweichende Ergebnisse gefunden. Um diese unterschiedlichen Resultate erklären zu können, war vor allem ein erweitertes Verständnis der Signalentstehung und des Bildkontrasts der diffusionsgewichtete SSFP-MRT des Knochenmarks erforderlich. Durch die Untersuchung zahlreicher MRT-relevanter Gewebeparameter bei Wirbelkörperfrakturen sollte in diesem Projekt geklärt werden, weshalb das von uns eingesetzte SSFP-Verfahren differentialdiagnostisch so erfolgreich ist und ob eine weitere Optimierung möglich ist. Im durchgeführten Projekt wurde deshalb zunächst ein erweitertes physikalisches Signalmodell der verwendeten SSFP-Sequenz entwickelt, das zusätzlich zu früheren Modellen die Zusammensetzung des Knochenmarks aus einer Fett- und einer Wasserkomponente sowie die kurzen T2*- Relaxationszeiten im Knochenmark berücksichtigt. Sämtliche Gewebeparameter, die in diesem Modell verwendet werden (T1, T2 und T2* jeweils für die Fett- und Wassersignalkomponente; Diffusionskoeffizient, Fettanteil), wurden in einem Patientenkollektiv mit entweder osteoporotischen oder tumorösen Wirbelkörperfrakturen gemessen. Auf Grundlage dieser Parameter fanden wir eine gute Übereinstimmung zwischen dem beobachteten Kontrast der diffusionsgewichteten SSFP-Sequenz und dem theoretisch berechneten Kontrast. Eine detaillierte Analyse ergab, daß der beobachtete Kontrast durch zwei Effekte entsteht: eine Signalerhöhung des normal erscheinenden Knochenmarks bei osteoporotischen Patienten sowie eine Signalerhöhung der malignen Läsionen verglichen mit osteoporotischen Läsionen. Erst das Zusammenspiel dieser Effekte führt zum hypo- bis isointensen Signal der osteoporotischen Frakturen und zum hyperintensen Signal der tumorösen Läsionen. Als wesentliche Gewebeparameter, die für dieses Kontrastverhalten verantwortlich sind, konnten der relative Fettanteil sowie die T2*- Relaxationszeiten sowohl der Läsionen als auch des benachbarten normal-erscheinenden Knochenmarks identifiziert werden. Zudem setzt dieser Kontrast eine Messung unter Opposed-Phase- Bedingungen voraus. Als weitere funktionelle Technik zur Diagnostik von Knochenmarkspathologien wurde im Rahmen dieses Projekts die kontrastmittelverstärkte quantitative Perfusions-MRT weiterentwickelt; diese Erweiterung des ursprünglichen Arbeitsplans ergab sich durch Verfügbarkeit neuer Sequenz- und Auswertetechniken für quantitative Perfusionsuntersuchungen. Die mit diesem Ansatz gefundene Korrelation von Ergebnissen der Perfusions- und der Diffusions-MRT legt die Schlußfolgerung nahe, daß die (auch in früheren Studien) beobachtete Vergrößerung des Diffusionskoeffizienten in Knochenmarkläsionen ursächlich mit dem vergrößerten interstitiellen (bzw. extrazellulären) Volumen erklärt werden kann. Insgesamt konnte das Projekt im wesentlichen wie geplant durchgeführt werden; die Ergebnisse tragen zu einem verbesserten Verständnis der beobachteten Diffusionseigenschaften sowie der MRT-Differentialdiagnostik von Wirbelkörperpathologien bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Diffusion-weighted imaging of bone marrow. Semin Musculoskelet Radiol. 2009 Jun;13(2):134-44
Dietrich O, Biffar A, Reiser MF, Baur-Melnyk A
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Combined diffusion-weighted and dynamic contrast-enhanced imaging of patients with acute osteoporotic vertebral fractures. Eur J Radiol. 2010 Jun 25. [Epub ahead of print]
Biffar A, Sourbron S, Dietrich O, Schmidt G, Ingrisch M, Reiser MF, Baur-Melnyk A
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Diffusion and perfusion imaging of bone marrow. Eur J Radiol. 2010 Apr 6. [Epub ahead of print]
Biffar A, Dietrich O, Sourbron S, Duerr HR, Reiser MF, Baur-Melnyk A
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Measurement of perfusion and permeability from dynamic contrast-enhanced MRI in normal and pathological vertebral bone marrow. Magn Reson Med. 2010 Jul;64(1):115-24
Biffar A, Sourbron S, Schmidt G, Ingrisch M, Dietrich O, Reiser MF, Baur-Melnyk A
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Multiparameter MRI assessment of normal-appearing and diseased vertebral bone marrow. Eur Radiol. 2010 Jun 17. [Epub ahead of print]
Biffar A, Baur-Melnyk A, Schmidt GP, Reiser MF, Dietrich O
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Technical aspects of MR diffusion imaging of the body. Eur J Radiol. 2010 Mar 16. [Epub ahead of print]
Dietrich O, Biffar A, Baur-Melnyk A, Reiser MF
