MR-Spektroskopie

Generelles zur Methode

Die MR-Spektroskopie ist eine ebenfalls nicht-invasive Methode zur Beobachtung von Stoffwechselvorgängen im menschlichen Körper. Im Ergebnis erhält man jedoch keine Bilder, sondern biochemische Informationen (sog. Metabolitenmuster) in Form von Spektren und kann auf diese Weise eine volumenselektive Messung des Stoffwechsels innerhalb eines bestimmten Areals durchführen.

Abb. 1 MR-Spektrum einer ausgewählten Hirnregion. Während die Höhe der einzelnen Peaks des Spektrums ihre Konzentration widerspiegeln, liefert deren Position auf der x-Achse die Information darüber, um welche chemischen Substanzen es sich handelt. Die Wasserstoffprotonen der verschiedenen Metabolitenmoleküle auf unterschiedliche Art mit den Elementen Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff gebunden. Dadurch verhalten sie sich unterschiedlich unter dem Einfluss des Magnetfeldes, wodurch ihre Lage im Spektrum eindeutig zugeordnet werden kann. Neben der Substanz N-Acetyl-aspartat (NAA) finden sich im menschlichen Gehirn z.B. Metabolite wie Kreatin (Cr) und Cholin (Cho).

Das Prinzip der Methode ist das gleiche wie das der MR-Bildgebung. Während wir dort allerdings die Protonen des Wassers beobachten, die einen Anteil von ca. 60% am Körpergewebe besitzen, wollen wir mit der MR-Spektroskopie die Protonen funktioneller Gruppen von Stoffwechselprodukten (sog. Metaboliten) beobachten. Die größte Herausforderung dabei stellt deren vergleichsweise geringe Konzentration (etwa 10 000 mal kleiner als Protonen des Wassers) dar, was eine spezielle zusätzliche Eichung des MR-Scanners vor jeder Messung erforderlich macht (Shim).

Das erhaltene Spektrum enthält Informationen über die Konzentration einzelner Metabolite, welche im gesunden Gehirn in definierten Verhältnissen vorliegen. Weichen diese Konzentrationsverhältnisse von der Norm ab, kann dies Hinweise auf ein ganz bestimmtes Krankheitsbild geben. Beispielsweise kennzeichnet ein Rückgang von N-Acetylaspartat als neuronaler Marker immer den Untergang von Hirnsubstanz; eine erhöhte Konzentration von Cholin hingegen ist immer ein Hinweis auf Proliferationsprozesse, d.h. Prozesse, bei denen ein erhöhtes Zellwachstum des Grundgewebes des Gehirns stattfindet (z.B.Tumor).

Indikationen

Die Anwendung dieser speziellen MR-Technik erfolgt in erster Linie im Rahmen differentialdiagnostischer Fragestellungen (Tumor vs. Ischämie/ Graduierung von Gliomen usw.), d.h. wenn eine sichere Diagnose allein aus den konventionellen Bilddaten schwierig ist. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber geringfügigen Stoffwechselveränderungen, die sich oft in der Frühphase im MR-Bild als Abweichung von der Norm noch nicht erfassen lassen, kann die MR-Spektroskopie einen wichtigen Beitrag leisten, Erkrankungen frühzeitig zu erkennen.

Durch die Aufnahme vieler Spektren einer Schicht ist es möglich, aus den Einzelkonzentrationen  ein  „Metabolitenbild“ (vgl. Abb. 3) zu berechnen. Diese Methode wird „Chemical Shift Imaging“ (CSI) genannt und ist sinnvoll im Rahmen von Biopsieplanungen (Gewebeentnahme) oder bei der Untersuchung globaler Stoffwechselerkrankungen des Gehirns, die nicht auf eine Region begrenzt sind.

Aufgrund des vergleichsweise hohen Aufwandes wird die MR-Spektroskopie vorwiegend als diagnostische Ergänzungsmethode, z.B. bei der Klassifizierung von Hirntumoren oder im Rahmen der Differentialdiagnose metabolischer Erkrankungen eingesetzt.

Ausgewählte klinische Beispiele

Abb. 2 MR-Spektroskopie eines Plaques einer Multiplen Sklerose (links) im Vergleich zur gesunden Gegenseite (rechts). Klinische Fragestellung war, ob es sich um einen akuten Schub oder chronischen Verlauf der Erkrankung handelt. Die Auswertung der Metabolitenkonzentrationen (u.a. Nachweis von Laktat * ) ergab eindeutig einen akuten Schub der MS.

Abb. 3 Chemical Shift Imaging (CSI) einer ausgewählten Schicht des Gehirns. Farbkodierte Darstellung der Verteilung des Metaboliten Cholin (Proliferationsmarker) links im Bild, sowie ausgewählte Einzelspektren der markierten Regionen. Die Auswertungm bestätigte den Verdacht auf ein disseminiertes supra- und infratentorielles Lymphom (Tumor der weissen Blutkörperchen).

Abb. 4 Das Summenspektrum des pathologischen Areals (links) zeigt neben einer erhöhten Cholin-Konzentration einen Rückgang des neuronalen Markers N-Acetylaspartat (NAA), sowie ein ausgeprägtes Laktatsignal als Hinweis auf nekrotische Prozesse (anerobe Glykolyse). Rechts im Bild die Darstellung der NAA-Verteilung mit deutlich erkennbarer Verminderung von NAA im betreffenden Areal. Die Analyse der Daten ergab ein Gliom (Tumor der Gliazellen, des Grundgewebes des Hirns).

Untersuchungsablauf

Die Untersuchung erfolgt an einem konventionellen Magnetresonanztomographen unter Aufsicht unserer Physikerin Dr. Annett Werner. Die Methode ist komplett nicht-invasiv, d.h. dass keine Eingriffe in den Körper vorgenommen werden müssen.

Was ist zu beachten?

Es gelten die gleichen Regeln wie im konventionellen MR.

zuletzt verändert: 08.02.2018