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1  Einleitung

Seit Beginn der 50er Jahre hat sich die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) einen immer größeren Stellenwert in der chemischen und biologischen Wissenschaft erstritten. Zunächst erfolgte die Nutzung hauptsächlich zur Strukturaufklärung von Molekülen im Rahmen von in-vitro Untersuchungen. Durch die Entwicklung und Verbreitung von Hochfeldmagneten mit großer Öffnung wurden dann in den 80er Jahren auch in-vivo Messungen am Menschen möglich [74 , 78 ]. Als Ergänzung zur klinisch wesentlich häufiger eingesetzten Magnet­resonanz­tomo­grafie (MRT) ermöglicht die MRS eine Aussage über bestimmte Atome und deren „chemisches Umfeld“. Im Rahmen der Messung wird dabei ein Frequenzspektrum erzeugt, in dem sich in charakteristischen Bereichen die verschiedensten Moleküle innerhalb des Unter­suchungs­volumens in Abhängigkeit ihrer Konzentration widerspiegeln.

Für in-vivo Messungen sind in ausreichender Konzentration im Menschen nur Wasserstoff (1 H) und Phosphor (31 P) vorhanden [82 ]. Weitere Isotope wie zum Beispiel Kohlenstoff (13 C) können nur nach künstlicher Anreicherung beziehungsweise externer Zugabe untersucht werden [88 ].

Mittels der 31 P-MRS ist die Untersuchung wichtiger Metabolite des zellulären Energie­stoff­wechsels in-vivo am Menschen möglich. Die Nukleosiddi- und triphosphate sowie das Phospho­kreatin werden dabei als Schlüsselmoleküle der zellulären Energiegewinnung, -speicherung und -verteilung angesehen. Phosphodiester und -monoester sind hingegen Stoffgruppen, die in engem Zusammenhang zur Zellmembransynthese und zum Membranabbau stehen [9 , 11 , 81 ]. Diese beiden wichtigen Funktionen der Zelle sind besonders im Rahmen der Onkologie und Therapie von wesentlichem Interesse.

Die prinzipiell mögliche Bestimmung von absoluten Metabolitkonzentrationen erfordert immer die gleichzeitige Messung von Referenzkonzentrationen. Dies erhöht aber die Fehleranfälligkeit der ganzen Methode [7 ]. Besonders im Bereich der Onkologie interessieren aber vor­rangig die Metabolitveränderungen vor und nach der Therapie. Das erfordert nur die Be­stim­mung der relativen Veränderungen der Phosphormetaboliten und ihrer Quotienten [78 , 88 ]. Die MRS eignet sich daher sehr gut zur Diagnostik von intrazellulären Ver­änderungen nach entsprechender Therapie. Sie ermöglicht funktionelle Aussagen, die mit bildgebenden Verfahren nicht möglich sind [81 ]. Die Methode wurde und wird in zahlreichen Studien zur Therapieverlaufskontrolle der verschiedensten Tumoren eingesetzt [25 , 36 , 54 , 57 , 76 , 78 ].


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Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist weltweit eine der häufigsten Krebsformen, mit deutlichen regionalen Unterschieden. Unbehandelt ist die Prognose des HCC sehr schlecht bei einem mittleren Überleben von wenigen Monaten nach Diagnosestellung. Mehr als 80 % der Patienten weisen bereits bei Diagnosestellung einen lokal oder allgemein inoperablen Befund auf. Damit stehen dann nur noch die systemische und lokale Chemotherapie, die perkutane Alkoholinjektion und die transarterielle Chemoembolisation (TACE) als Therapiemodalitäten zur Verfügung. Die Entwicklung moderner angiografischer Techniken und Geräte ermöglichte eine verbesserte und erfolgreichere Therapie auch fortgeschrittenerer Lebertumoren.

Die besondere Gefäßversorgung der Leber gestattet die Embolisation von Ästen der Arteria hepatica. Das normale Parenchym bezieht seine Blutversorgung zu etwa 75 % aus der Pfortader und nur zum geringen Teil aus den Leberarterien [30 ]. Im Gegensatz dazu versorgen sich primäre und sekundäre Lebertumoren zu über 90 % aus Ästen der A. hepatica [21 , 31 , 65 , 91 , 102 ]. Durch die Kombination der arteriellen Zytostatikaapplikation mit der anschließenden Okklusion der versorgenden arteriellen Lebergefäße konnten wesentliche Fortschritte im Vergleich zur alleinigen arteriellen Chemotherapie erreicht werden.

Das Ansprechen eines Lebertumors auf die transarterielle Chemoembolisation wird in der klinischen Routine durch bildgebende Verfahren (Computertomografie und Magnetresonanztomografie) kontrolliert. Nicht zufriedenstellend an diesen Verfahren ist die große Zeitspanne zwischen Therapie und Nachweis des Ansprechens beziehungsweise des Therapieversagens. Dieses wird hierbei über die Veränderung der Tumorgröße definiert [85 , 102 ]. Die 31 P-MRS bietet die Möglichkeit, Stoffwechselveränderungen direkt während und nach der Therapie in-vivo zu beurteilen [45 , 55 , 62 , 63 , 74 ]. Sie gestattet einen Einblick in den Energiestoffwechsel der Zellen sowie den Zellmembranumsatz [2 , 3 , 9 , 10 , 11 , 19 , 27 , 42 , 47 , 52 , 53 , 81 , 82 , 88 , 98 ]. In verschiedenen Studien wurden die Veränderungen im Tumorstoffwechsel bei Ansprechen beziehungsweise bei Therapieversagen dokumentiert [25 , 36 , 54 , 57 , 62 , 76 , 84 ]. In dieser Studie sollten die Möglichkeiten der MRS bei der Therapie maligner Lebertumoren mittels transarterieller Chemoembolisation untersucht werden. Mittels der Spektroskopie sollte es möglich sein, in kurzem zeitlichen Abstand zur Therapie eine Einschätzung über den Therapieerfolg zu treffen [25 , 54 , 62 , 85 ]. So könnte mit erheblichem Zeitgewinn eine ineffektive Therapie abgebrochen werden und damit der Patient entlastet werden [76 , 81 ].


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Der routinemäßige klinische Einsatz der MRS ist unter anderem aufgrund umfangreicher technischer Voraussetzungen bisher nur sehr eingeschränkt möglich. Zur Gewinnung ausreichender spektraler Auflösungen bei akzeptabler Meßzeit ist eine Mindestmagnetfeldstärke von 1,5 Tesla erforderlich [78 , 88 ]. Weiterhin stellt die Spektroskopie besondere Anforderungen an die Empfangs- und Sendeelektronik [74 ]. Für eine Auswertung der Spektren ist spezielle Software erforderlich.

Das Chemical-Shift-Imaging-Verfahren (CSI) bietet die Möglichkeit, mittels einer Messung viele benachbarte Regionen (Voxel) zu untersuchen [14 , 100 ]. Damit werden mehrere Spektren in einer Zeit gewonnen, die auch für Einzelmessungen bei anderen spektroskopischen Verfahren benötigt wird. Dabei ist es während der Auswertung möglich, die Voxelpositionierung innerhalb der Untersuchungsschicht nachträglich zu verändern [74 , 93 ].

Im Rahmen vorliegender Studie sollte das CSI-Verfahren zur Gewinnung von Phosphorspektren etabliert werden. Bei der Untersuchung des Patientenkollektivs sollte die Eignung der MRS zur Diagnose und Verlaufskontrolle maligner Lebertumoren beurteilt werden. Das Potential und die Wertigkeit als zusätzliche Kontrolluntersuchung während der wiederholten transarteriellen Chemoembolisation waren weitere Teile der Fragestellung.


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04.08.2003