Magnetresonanztomographie in der Diagnostik interstitieller und emphysematöser Lungenerkrankungen: Entwicklung und Anwendung regionaler Diffusionsmessungen mittels sauerstoffinduzierter Signalintensitätsveränderungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die MR-Untersuchung des Lungengewebes stellt wegen der inhärent geringen Signalausbeute eine besondere Herausforderung dar, bietet aber zusätzliche Parameter zur nicht-invasiven Charakterisierung der Lungenmorphologie und - pathologic. Im vorgestellten Projekt wurde die ortsaufgelöste Messung von Lungenfunktionsparametern mit der Magnetresonanztomographie (MRT) unter Ausnutzung sauerstoffinduzierter Signalintensitätsänderungen, hier Sauerstoffbildgebung genannt, erforscht. Die MR-Sauerstoffbildgebung offenbart lokal die Lungenfunktion bezüglich Ventilation; Sauerstoff- Diffusionskapazität und Perfusion und unterscheidet sich damit von den bisher entweder nur global oder bei geringer räumlicher Auflösung und unter Strahlenbelastung messbaren Lungenparametern. Im Rahmen des Erstantrags wurden geeignete Meßverfahren entwickelt und aufgezeigt, dass eine Darstellung der regionalen Sauerstoff diffusion in der Lunge möglich ist. In ersten Patientenstudien konnten MR-Parameter der Sauerstoffbildgebung mit etablierten pneumologischen Parametern korreliert und deren regionale Beurteilung ermöglicht werden. Des weiteren wurden signifikante Unterschiede der gemessenen Parameter zwischen Normalkollektiven und Patienten aufgezeigt. In dem nun bearbeiteten Projekt wurde besonders die Messmethodik der Sauerstoffbildgebung weiter verbessert. Innerhalb dieses Projekts wurde eine T l-wichtende schichtselektive Inversion- Recovery-HASTE-Sequenz mit paralleler Bildgebung implementiert. Durch die parallele Bildgebung läßt sich die Dauer der Datenakquisition je Schicht von 214 ms auf 115 ms verkürzen. Auf diese Weise konnten erstmals Datensätze mit bis zu 6 koronalen Schichten je Atemzug aufgenommen werden. Die HASTE-Sequenz ist auch erstmals gleichzeitig EKG- und atemgetriggert, um in Exspiration und in der diastolischen Herzphase zu messen und so Bewegungsartefakte zu vermeiden. Diese Technik wird durch die beschleunigte Akquisition mit paralleler Bildgebung deutlich robuster und erfordert von den Patienten weniger Kooperation (Atemanhalten in Endexspiration), Insgesamt konnte wir die Aufnahmedauer für vier bis sechs Schichten so auf ungefähr 10 Minuten reduzieren; diese Zeit ist erforderlich, um ausreichend viele Meßwiederholungen durchführen zu können und so eine akzeptable Datenqualität zu gewährleisten. Diese neue MR-Technik erlaubt eine deutliche Verbesserung der anatomischen Erfassung der Lunge in einer für die klinische Anwendung akzeptablen Zeit von 10 min. Zusätzlich sollte die klinische Aussagekraft der MR-Methode durch die Kombination mit weiteren funktioneilen MR-Verfahren wie der kontrastmittelverstärkten Lungenperfusions nies sung erhöht werden. Dazu wurde zunächst in einer prospektiven Patientenstudie an Patienten mit pulmonaler Hypertonie die MR-Lungenperfusion und die MR-Angiographie mit iPAT implementiert und im Vergleich zu Perfusionszintigraphie bzw. zur digitalen Subtraktionsangiographie oder der kontrastverstärkten Mehrzeilen-CT-Angiographie validiert. Die Studie zeigte das klinische Potential für eine funktionelle Darstellung der Lungenperfusion mit der MRT und rechtfertigt damit weitere Untersuchungen. Für die Untersuchung inter- und intraindividuelle Unterschiede im pulmonalen Blutfluss sowie Blutvolumen erscheint aus klinischer Sicht eine quantitative Analyse der MikroZirkulation notwendig. Für eine Quantifizierung muss ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Kontrastmittelkonzentration und MR-Signal gegeben sein. In einer experimentellen Grundlagenstudie konnte eine geeignete Kontrastmitteldosierung für die Quantifizierung des Blutflusses und Blutvolumens im Menschen ermittelt werden. Bei Verwendung eines pharmakologischen Ein- Kompartiment-Modells und der parallelen Bildgebungstechnik wurde in Probanden gezeigt, dass eine Quantifizierung des pulmonalen Blutflusses und Blutvolumens durchführbar ist. Die erreichten Ergebnisse basierend auf einer ROI-Auswertung in Probanden lassen weitere Untersuchungen am Patienten sinnvoll erscheinen. Die Auswertungstechnik muss für einen direkten Vergleich mit der Sauerstoffbildgebung noch weiterentwickelt werden. Neben der MR-Angiographie und der MR-Perfusionsuntersuchung zeigte gerade die Sauerstoffbildgebung neue Untersuchungsmöglichkeiten der Lungenfunktion. Mit der MRT erscheint nun eine umfassende nicht-invasive Diagnostik zu Morphologie und Funktion der Lunge möglich, die jedoch noch in weiteren klinischen Studien untersucht werden muss.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Löffler R, Muller CJ, Peller M, Penzkofer H, Deimling M, Schwaiblmair M, Scheidler J, Reiser M. Optimization and evaluation of the signal intensity change in multisection oxygenenhanced MR lung imaging. Magn Reson Med 2000;43(6):860-6.
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Losert C, Nikolaou K, Peller M, Schönberg SO, Scheidler J, Behr J, Reiser M. Reduction of investigation time in oxygen enhanced MR-imaging of the human lung. Magma 2002;15(Suppl), 260.
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Losert C, Nikolaou K, Scheidler J, Müler CJ, Schwaiblmair M, Reiser M. MRLungenbildgebung mit Sauerstoff-induzierten Signalintensitätsänderungen bei gleichzeitiger EKG- und Atem-Triggerung. RöFo Fortschr. Röntgenstr. 2002; 173(Suppl).
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Müller CJ, Schwaiblmair M, Scheidler J, Deimling M, Weber J, Loffler RB, Reiser ME Pulmonary diffusing capacity: assessment with oxygen-enhanced lung MR imaging preliminary findings. Radiology. 2002;222(2):499-506.
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Nikolaou K, Schoenberg SO, Brix G, Goldman JP, Attenberger U, Kuehn B, Dietrich O, Reiser MF. Quantification of pulmonary blood flow and volume in healthy volunteers by dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging using a parallel imaging technique. Invest Radiol. 2004 Sep;39(9):537-45.
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Dietrich O, Losert C, Attenberger U, Fasol U, Peller M, Nikolaou K, Reiser MF, Schoenberg SO: Fast oxygen-enhanced multislice imaging of the lung using parallel acquisition techniques. Magn Reson Med. 2005 Jun;53(6): 1317-25.
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Nikolaou K, Schoenberg SO, Attenberger U, Scheidler J, Dietrich O, Kuehn B, Rosa F, Huber A, Leuchte H, Baumgartner R, Behr J, Reiser MF. Pulmonary arterial hypertension: diagnosis with fast perfusion MR imaging and high-spatial-resolution MR angiographypreliminary experience. Radiology. 2005 Aug;236(2):694-703.
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Müller CJ, Loffler R, Deimling M, Peller M, Reiser M. MR lung imaging at 0.2 T with Tlweighted true F1SP: native and oxygen-enhanced. J Magn Reson Imaging. 2001;14(2):164-8.
