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Radiologie 29. März 2006

Lungenfunktion im Visier der Radiologen

Wann ist eine Magnetresonanz-Untersuchung des Thorax indiziert? Und wie sehen die Zukunftsvisionen im Hinblick auf die Darstellung der Lunge aus? Den Bogen zwischen Gegenwart und Zukunft spannten Prof. Dr. Alexander Bankier und Mag. Dr. Alfred Stadler von der Klin. Abteilung für Radiodiagnostik für konservative Fächer des AKH Wien im Gespräch mit NETWORK RADIOLOGIE.

Auch wenn die ersten Berichte über MR-Untersuchungen des Thorax bereits vor ungefähr 15 Jahren publiziert wurden, wird die Methode in diesem Bereich immer noch wenig verwendet. „Grund dafür ist, dass sie für Bewegungsartefakte sehr anfällig ist”, stellt Bankier fest. Man könne aber Atmung und Herzschlag nicht „ausschalten“, zudem stelle die Lunge für die MRT ein „ungünstiges“ Organ dar. Bekanntlich werden in der MRT Protonen dargestellt, die Lunge hat aber im Vergleich etwa zum Gehirn, zur Leber oder zur Muskulatur eine sehr geringe Protonendichte. Darüber hinaus gibt es in der Lunge viele Grenzflächen zwischen Luft und Parenchym und dadurch zahlreiche so genannte Suszeptibitäts-Artefakte.

Welche klinische Bedeutung besitzt gegenwärtig die MRT des Thorax?
Bankier: Die Hauptindikation für die MRT ist sicher die Beurteilung von thoraxwandnahen Tumoren. Erstens ist mittels MRT die Bildgebung in jeder beliebigen anatomischen Ebene möglich, zweitens hat man im Vergleich zur CT einen deutlich besseren Weichteilkontrast, was die Beurteilung der Tumorinvasivität erleichtert. Fragen wie „Wächst der Tumor in die Thoraxwand ein?” und „Bis in welche Schicht der Thoraxwand reicht die Invasion?” lassen sich mit Hilfe der MRT beantworten. Oder denken Sie an Tumoren der Lungenspitze: Hier stellen sich immer die Fragen: Durchbricht der Tumor die Pleura? Kommt es zu einer Beteiligung des Plexus brachialis bzw. zervikalis?
Die Beantwortung dieser Fragen ist für die Therapie- und Operationsplanung von großer Bedeutung. Schließlich werden Tumoren, die früher als inoperabel gegolten haben, heute zunehmend operiert. Der Chirurg muss aber wissen: Ist es notwendig, einen Neurochirurgen beizuziehen (für das Freipräparieren des Plexus)? Sind die großen Gefäße betroffen, so dass etwa eine Aortenprothese implantiert werden muss und/oder während der Operation eine Herz-Lungen-Maschine benötigt wird? Muss ich die Lunge stilllegen? Sind Rippen zu resezieren? Brauche ich eine plastische Deckung? Auch bei einer Tumorinvasion ins Mediastinum ist die MRT von großer Bedeutung. Die zu beantwortenden Fragen lauten: Gibt es eine Invasion ins Perikard? Sind große Gefäße betroffen? Und bei Tumoren des hinteren Mediastinums: Ist der Tumor neurogenen Ursprungs? Wächst er ins Neuroforamen ein?

Welche Indikationen sind sonst noch von Bedeutung?
Bankier: Kurz gesagt, hat die MRT ihren klinischen Stellenwert dort, wo es nicht primär ums Lungenparenchym geht; also etwa in der Darstellung des Herzens und der großen Gefäße (der Aorta und ihrer Äste sowie der Pulmonalarterien). Zwar stellt in Bezug auf Aorta und Arteria pulmonalis die CT die Methode der Wahl dar, es gibt aber eindeutige klinische Indikationen für eine MRT: etwa die Untersuchung von schwangeren Patientinnen mit Verdacht auf Pulmonal­embolie, die ja bei Schwangeren immer wieder vorkommt. Oder bei Verdacht auf eine Aortenerkrankung, wenn der Patient oder die Patientin niereninsuffizient ist oder eine Kontrastmittelallergie hat. Insgesamt stellen diese Beispiele natürlich nicht die überlegene Rolle der CT in Frage. Es gibt aber Bereiche, in denen die MRT durchaus ihren berechtigten Einsatz findet. Sie führt hier sicherlich kein reines Nischendasein.

Kommen wir nun von der Klinik zum Bereich der Grundlagenforschung. Wie sehen hier Ihre Erfahrungen aus, speziell was die MRT des Lungengewebes betrifft?
Bankier: Zunächst möchte ich betonen, dass die Forschung zum Thema MRT der Lunge momentan tatsächlich reine Grundlagenforschung darstellt. Derzeit gibt es auf der Welt nur eine Handvoll Gruppen, die sich mit diesem Thema beschäftigen; meine Arbeitsgruppe ist da bereits mitgerechnet. In Amerika sind vor allem Wissenschafter aus Harvard und Chicago auf diesem Gebiet tätig. Mit beiden Gruppen pflegen wir eine enge Zusammenarbeit. Weiters kooperieren wir auch mit dem Institut für experimentelle Physik in Würzburg. Für die Darstellung des Lungenparenchyms ist die MRT insofern interessant, weil sie einen hohen Weichteilkontrast und gleichzeitig eine relativ hohe Ortsauflösung besitzt, höher jedenfalls als bei vielen nuklearmedizinischen Methoden. Weiters verursacht sie keine Strahlenbelastung. Theoretisch könnte man also unendlich viele Untersuchungen durchführen. Aus Strahlenschutz-Gründen ist es aber kaum vertretbar, allein für die Perfusions-Bildgebung 500 oder 1000 CT-Schichten zu akquirieren – mit der MRT ist dies kein Problem. Weiters interessiert uns auch die Darstellung der Ventilation sowie der Kombination von Perfusion und Ventilation. Ein wichtiges Thema stellt für uns die Erforschung der Effekte der Schwerkraft dar. Wir wissen, dass es schwerkraftabhängige Gradienten bei Perfusion und Ventilation gibt. Dies erklärt, warum etwa die Tuberkulose am häufigsten im Bereich der rechten oberen Lunge auftritt oder warum eine Aspiration häufiger in die rechte untere Lunge erfolgt. Ihren praktischen Einsatz finden schwerkraftabhängige Effekte übrigens in der Therapie des ARDS. Hier profitieren Patienten oftmals (durch noch nicht völlig geklärte Mechanismen) von einer Drehung von der Rücken- in die Bauchlage.

Könnten Sie erklären, wie eine experimentelle MR-Untersuchung der Lunge genau durchgeführt wird?
Bankier: Eine Option ist, mit hyerpolarisierten Gasen zu arbeiten. Die MR-Spule wird dabei so „eingestellt“, dass nicht Protonen, sondern die Gaspartikel dargestellt werden. Das Verfahren ist technisch sehr kompliziert und relativ teuer, zudem haben manche Gase einen narkotischen Effekt. Meiner persönlichen Meinung nach handelt es sich hier um ein sehr verlockendes Forschungsinstrument, das aber kaum breite klinische Bedeutung erlangen wird. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass der Patient Sauerstoff einatmet. Sauerstoff hat zwei freie Elektronen und eine ganz leichte paramagnetische Wirkung. Er wirkt somit wie ein T1-Kontrastmittel; in der Nähe des Sauerstoffs verstärkt sich das Signal. Die Vorteile dieser Methode liegen auf der Hand: Man muss Geräte und Spule nicht umstellen, das Verfahren ist billig, Sauerstoff ist überall verfügbar. Der Nachteil besteht darin, dass sich Sauerstoff in der Lunge bekanntlich nicht inert verhält. Er geht ins Blut über, sodass wir nicht wissen, wann genau wir welchen Effekt beobachten: Sehen wir die sauerstoffbedingte Verstärkung des Signals, die Sauerstoffdiffusion oder den Effekt von O2 auf das zirkulierende Blut? Insgesamt hoffen wir, in Zukunft Prozesse wie Sauerstoffdiffusion, Ventilation oder Ventilations-Perfusions-Inhomogenitäten durch unsere Arbeit besser verstehen zu können. Insofern ist unser Ansatz nur scheinbar akademisch - Störungen des Ventilations-Perfusions-Zusammenhangs spielen ja bei praktisch allen Lungenerkrankungen eine entscheidende Rolle.

Welche Informationen liefern die damit gewonnenen Daten?
Bankier: Aus den Daten kann man ein Bild gewinnen, das ähnlich wie eine CT-Darstellung aussieht. Allerdings geht es uns nicht um die subjektive Interpretation eines Bildinhalts, sondern um die Darstellung funktioneller Zusammenhänge (über die eigentliche Morphologie hinaus) und um die Quantifizierung pathophysiologischer Vorgänge. Wir leiten aus den Bildern quantitative Größen ab, die dann weiter analysiert werden. Ein wichtiger Parameter ist dabei die T1-Relaxationszeit. Wir können diese Werte Pixel für Pixel aus dem Lungenparenchym ableiten und somit eine funktionelle „Landkarte“ der Lunge erstellen.

Stadler: Bisher gibt es dazu nur einige Untersuchungen an Gesunden, praktisch keine an Kranken. Uns interessiert nun: Wie verhalten sich diese Größen in einem pathologischen Kontext? Können wir daraus Informationen ableiten, die mit anderen bildgebenden Methoden nicht zu gewinnen sind? Gibt es zum Beispiel in Fibrosearealen aktive und weniger aktive Herde? Finden sich in der so genannten gesunden Lunge von Emphysem-Patienten Areale, in denen wahrscheinlich ebenfalls ein Emphysem entstehen wird?

Wahrscheinlich sind für das Verfahren entsprechende mathematische Modelle notwendig?
Stadler: Ja, das Verfahren ist mathematisch aufwändig; ein mathematisches Modell kommt zum Einsatz. Theoretisch ist es aber durchaus denkbar, dass in Zukunft für Anwender eine maßgeschneiderte Software zur Verfügung stehen wird.

Wie sehen Ihre Zukunftsvisionen für die Darstellung der Lungenfunktion aus?
Bankier: Noch vor zehn Jahren gab es eine deutliche Trennung von Morphologie und Funktion, für Letztere war die Nuklearmedizin zuständig. Heute wird auch in der Radiologie die Funktion immer wichtiger. Unsere Vision ist, dass in 15 Jahren die Beurteilung von Morphologie und Funktion verschmolzen sein wird. Die MRT der Lunge dürfte hierbei von entscheidender Bedeutung sein.

Dr. Peter Wallner, Ärzte Woche 8/2001

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