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Radiologie 6. September 2006

Magnetresonanz mit Ultrahochfeld

Potenzielle Vorteile des Ultrahochfeldes mit einer Feldstärke von 7 Tesla (7 T) sind bei allen MR-Messverfahren zu erwarten, die unter Sensitivitäts- und Spezifitätsproblemen leiden.

Die Sensitivität (Signal-zu-Rausch-Verhältnis; Abk. SNR) steigt bei höheren Feldstärken (B0) ungefähr linear mit der Feldstärke an und erlaubt daher entweder eine höhere Ortsauflösung und/oder kürzere Messzeiten. Die für die molekulare Bildgebung wichtigen Spektroskopieverfahren profitieren zusätzlich zum SNR-Gewinn auf 7 T noch von der verbesserten spektralen Auflösung (linear ansteigend mit der Magnetfeldstärke). Diese ermöglicht eine bessere Trennung bzw. Quantifizierung von überlappenden Metabolitresonanzen. Trotz gleichzeitig steigender Linienbreite ergibt das einen Nettogewinn bei 7 T. Somit werden bisher nicht (gut) auflösbare Metaboliten, z.B. Glutamin, Glutamat, Taurin und Glukose, quantifizierbar. Weiters kann die Sensitivität für andere Kerne als Protonen wie 31P, 13C, 23Na auf 7 T deutlich gesteigert werden. MR-Spektroskopie-Techniken erlauben das Studium der In-vivo-Biochemie in intakten biologischen Systemen, auch am Menschen. Zudem beinhalten die Spektren Informationen über multiple Metaboliten. So können metabolische Profile des interessierenden Gewebes erhalten werden. Mit der Komplettierung einer großen Zahl an Gen-Sequenzen entwickelt sich nun ein großes Interesse in Richtung funktionelle Genetik, das heißt die Erkennung der Genfunktion aus Studien der Effekte von Gen-Veränderungen auf den zellulären Phänotyp. Mit der Einführung der multivarianten statistischen Methode zur Erkennung von Mustern innerhalb dieser multiplen Metaboliten besteht die Möglichkeit einer Korrelation dieser Muster mit Medikamenten, mit Tumortypen und mit Veränderungen in der Genexpression. Einschränkend muss jedoch gesagt werde, dass aufgrund von SAR die Protonen-Entkopplung auf 7 T sehr schwierig und derzeit noch nicht gelöst ist. Mit höherer Feldstärke steigt auch die Empfindlichkeit auf Suszeptibilitätseffekte, die mit dem Quadrat der Feldstärke (B0)2 zunehmen. Diese höhere Empfindlichkeit kann vorteilhaft für Zellmarkierungsstudien eingesetzt werden, die für die molekulare Bildgebung mittels magnetischer Eisenoxid-Nanopartikel durchgeführt werden. Diese Partikel dienen zur Markierung von Zellen wie Makrophagen, um Entzündungen nachzuweisen, Lymphozyten zum Nachweis von Tumor­infiltrationen und Stammzellen zur Reparation von Infarkten oder Schäden des Rückenmarks. Allerdings wirkt sich diese Empfindlichkeit auf Suszeptibilitätseffekte auch nachteilig im Sinne einer lokalen Verschlechterung der Bildqualität aus. Zusätzlich erlaubt das hohe SNR auf 7 T auch höchstauflösende MR-Bildgebung, die z.B. im Gehirn oder im Muskel- Skelettsystem bis zur in vivo MR-Mikroskopie vorangetrieben werden kann.

Imaging von Knorpelgewebe

Für die molekulare Bildgebung des Knorpels werden heute kontrastmittelverstärkte Techniken wie dGEMRIC eingesetzt, um die Proteoglykan-Konzentration und -Verteilung im Knorpel als wichtiger Bestandteil der Knorpelmatrix zu visualisieren. Diese Technik erfordert jedoch eine intravenöse Kontrastmittelgabe, zudem muss für die erforderliche Diffusion des Kontrastmittels in den Knorpel bis zu 90 Minuten gewartet werden. Deshalb wäre die Natriumbildgebung des Knorpels eine vorteilhafte Alternative, da sie ohne Kontrastmittelgabe und ohne Wartezeit direkt den Proteo­glykangehalt bestimmen kann. Bisheriger Nachteil der Natriumbildgebung ist der hohe technische Aufwand und der im Vergleich zu Protonen geringe Anteil an nachweisbaren Natriumkernen. Erst das Ultrahochfeld 7 T verspricht hier aufgrund der deutlich höheren Empfindlichkeit auf Natriumkerne und deutlich höheren SNR eine mögliche klinische Anwendung dieser Technik. Da ein Verlust an Proteoglykanen im Knorpel das früheste Stadium der Knorpeldegeneration darstellt, ist der nicht invasive Nachweis von großer Bedeutung. Zusammenfassend sind mit den Möglichkeiten des 7 Tesla Ultrahochfeld MR auch Fortschritte im molekularen Imaging zu erwarten.

Prof. Dr. Siegfried Trattnig, Ärzte Woche 7/2001

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