[Seite 62↓]

4  Diskussion

4.1 Einleitung

Obwohl die transarterielle Chemoembolisation eine allgemein akzeptierte Methode zur Behandlung maligner Lebertumoren ist, ist die frühzeitige Erkennung eines Therapieerfolges bisher nicht zufriedenstellend möglich. Biochemische Parameter (z. B. α -Fetoprotein) oder bildgebende Verfahren (MRT, CT) sind nicht geeignet, frühe Veränderungen innerhalb des Tumorgewebes zu erfassen [57 , 85 ]. Die Phosphorspektroskopie ist eine Methode, um Veränderungen im Tumormetabolismus zu dokumentieren. Sie gibt Auskunft über den Phosphor­metabolithaushalt und damit den Energiestatus des untersuchten Gewebes [2 ]. Das Verfahren gestattet die Gewinnung von biochemischen Informationen in-vivo durch im Gewebe vorhandene Phosphoratome. Dabei entfällt die aufwendige Zufuhr oder Markierung der zu untersuchenden Stoffwechselprodukte [62 ].

4.2  31P-chemical shift imaging

Die 31 P-MRS bietet sich wegen der relativ großen chemischen Verschiebung und MR-Sensitivität der Phosphorverbindungen bei in-vivo Untersuchungen an. Sie gestattet einen Einblick in den zellulären Energiestoffwechsel und den Zellmembranumsatz [81 , 82 ]. Die Nukleosidtriphosphate und insbesondere das ATP sind die universellen Energielieferanten für nahezu alle zellulären Prozesse. Phosphokreatin dient in Muskulatur und Gehirn, jedoch nicht in der Leber, als kurzzeitiger Energiespeicher [9 , 22 , 36 , 79 ]. Bei der hydrolytischen Spaltung der energiereichen dritten Phosphatbindung der NTP entsteht eine freie Phosphatgruppe, das anorganische Phosphat. Hinter den Resonanzen der Phosphomono- und diester verbergen sich verschiedene Einzelsubstanzen, die beim Auf- und Abbau von Phospholipiden der Zellmembranen mitwirken [10 , 11 , 81 , 82 ].

Die Technik des zweidimensionalen Chemical shift imaging gestattet während einer Messung die simultane Gewinnung von mehreren Spektren aus einer transversalen Schicht der Leber [9 , 14 , 93 , 100 ]. Nachträglich kann bei der Auswertung die Lage des Voxelgitters in der Schicht so verschoben werden, daß die Voxel bei wiederholten Untersuchungen an gleicher Stelle liegen [Seite 63↓] [74 ]. Generell ist die spektroskopische Untersuchung der Leber technisch sehr anspruchsvoll. Durch die ständigen Atembewegungen kommt es zu Verschiebungen innerhalb der Untersuchungsregion. Das Signalrauschverhältnis wird zusätzlich durch die relativ hohe Eisenkonzentration der Leber verschlechtert [98 ]. Diese führt wegen der Verkürzung der T2*-Zeit zu einer spektroskopischen Linienverbreiterung [76 ].

4.3 Probandenuntersuchungen

Die Probandenuntersuchungen zeigten die technische und organisatorische Durchführbarkeit der späteren Patientenstudie. Dabei wurde gleich zu Anfang deutlich, daß die verwendeten Meßsequenzen sehr empfindlich auf Störungen der Magnetfeldhomogenität reagierten. Es zeigte sich, daß Voruntersuchungen mit superparamagnetischen Leberkontrastmitteln zu einer inakzeptablen Verschlechterung des Signalrauschverhältnisses führen. Wesentliches Merkmal dieser Kontrastmittel ist die Aufnahme und Speicherung in phagozytierenden Zellen des normalen Leberparenchyms. Ihr starkes magnetisches Moment verschlechtert lokal im Bereich der Leber die für die Spektroskopie nötige große Magnetfeldhomogenität [46 ]. Dies führte zur Festlegung des Ausschlußkriteriums für Patienten mit vorangegangenen MRT-Untersuchungen mit superparamagnetischen Kontrastmitteln oder einer Hämochromatose.

Beim Vergleich verschiedener Lagerungsvarianten kristallisierte sich die Positionierung im Tomografen mit den Füßen voran in Rückenlage heraus. Derart konnten die Probanden und Patienten am einfachsten positioniert werden und lagen während der langen Meßdauer am bequemsten.

Durch die anfängliche Bildgebung in allen drei Raumebenen war eine gute initiale Orientierung möglich. Mit ihrer Hilfe konnte der Tumor lokalisiert und der Umfang der Patientenumlagerung abgeschätzt werden. Sehr hilfreich war dabei die Möglichkeit, verschiedene Entfernungen innerhalb der Schnittebenen bestimmen zu können.

Gerade bei der jeweils allerersten Untersuchung erforderte die Patientenpositionierung viele Versuche, bis sich der Lebertumor im Zentrum der Spule befand, was die Dauer der gesamten Untersuchung erheblich verlängerte. Bei den nachfolgenden Untersuchungen wurde durch die gespeicherten Bilder die gleiche Positionierung einfacher und schneller gefunden. Besonders bei den Untersuchungen nach den letzten Zyklen konnten sich die Patienten meist selbst sehr gut an [Seite 64↓] die Position der Spule auf ihnen erinnern. Dies und die erfahrenere Mitarbeit verringerten bei den späteren Kontrollen die Gesamtuntersuchungsdauer.

Die magnetresonanztomografische Bildgebung mit Hilfe der Helmholtzspule erlaubte eine schlechtere Bildqualität, als dies mit der Körperspule möglich war. Ein Einschlußkriterium für die Patienten war daher auch die deutliche Abgrenzung des Lebertumors im nativen MRT.

Zur Dokumentation der spektroskopisch untersuchten Schicht lieferte insbesondere bei den Patientenuntersuchungen die FLASH-Sequenz eine vergleichsweise gute Bildqualität. Diese Sequenz erforderte vom Patienten allerdings, den Atem für mindestens 16 Sekunden anzuhalten. War dies nicht durchführbar, wurde auf die T1-gewichtete Spinechosequenz zurückgegriffen, was jedoch trotz längerer Meßdauer eine vergleichsweise schlechtere Bildqualität bedeutete.

4.3.1 Probandenspektren

Die Probandenuntersuchungen zeigten in den Spektren die für die Leber typischen Merkmale: ein relativ großes PDE-Signal bei wesentlich kleinerem PME-Signal (Tabelle 8 ) [3 ]. Bei der gewählten Repetitionszeit von 1000 ms und den entsprechenden Sättigungseffekten ist dies für die Leber charakteristisch [56 , 63 ]. Während der Messungen wurde keine Vergleichsprobe mitgeführt, da die Studie von Anfang an als Verlaufsbeobachtung konzipiert war. Die wesentlichen Veränderungen sollten sich dabei im Verlauf der verschiedenen Quotienten zeigen [90 ].

Tabelle 8 : verschiedene spektroskopische Quotienten normalen Leberparenchyms unterschiedlicher Studien

Studie

TR

(ms)

B 0

(T)

PME/Pi

PME/ß

PME/PDE

PDE/ß

Pi/ß

Bourdel [9]

1000

1,5

-

0,47 ± 0,16

0,26 ± 0,15

2,03 ± 0,72

0,64 ± 0,18

Brinkmann [10 ]

600

1,5

-

0,5 ± 0,19

-

1,29 ± 0,28

0,84 ± 0,14

Brinkmann [10 ]

2400

1,5

-

0,73 ± 0,28

-

2,3 ± 0,43

1,17 ± 0,24

Brinkmann [12 ]

600

1,5

-

0,41 ± 0,13

-

1,32 ± 0,29

0,93 ± 0,15

Brinkmann [13 ]

600

1,5

-

0,39 ± 0,15

-

1,25 ± 0,28

0,9 ± 0,19

Cox [24 ]

5000

1,6

-

0,31 ± 0,08

0,21 ± 0,08

1,65 ± 0,44

0,32 ± 0,05

Cox [25 ]

1000

1,6

-

0,27 ± 0,08

0,24 ± 0,07

1,16 ± 0,3

0,36 ± 0,08

Cox [26 ]

1000

1,6

-

0,26

0,23

1,1

-

Francis [29 ]

500

1,5

-

0,35 ± 0,18

-

-

-

Heindel [36 ]

2000

1,5

-

0,51 ± 0,16

-

2,51 ± 0,48

0,46 ± 0,13

Jalan [42 ]

5000

1,5

1,2 ± 1,1

0,89 ± 0,6

0,51 ± 1,4

3,9 ± 1,4

0,97 ± 1,6

Menon [52 ]

5000

1,6

-

0,83

-

3,71

0,95

Menon [53 ]

5000

1,6

-

0,89

0,23

3,9

0,97

Meyerhoff [55 ]

1000

2

-

0,4 ± 0,2

-

2,6 ± 1,1

1,1 ± 0,3

Meyerhoff [57 ]

1000

2

0,4 ± 0,2

0,2 ± 0,2

-

-

-

Oberhaensli [63 ]

-

1,9

-

0,33 ± 0,08

-

-

0,66 ± 0,12

Oberhaensli [64 ]

100

1,9

-

0,33 ± 0,03

-

1,1± 0,1

0,66 ± 0,04

Oberhaensli [64 ]

1000

1,9

-

0,43 ± 0,02

-

1,8± 0,1

0,72 ± 0,03

Sijens [79 ]

1000

2

-

0,4 ± 0,07

-

1,24 ± 0,16

0,53 ± 0,07

Sijens [79 ]

20000

2

-

0,48 ± 0,1

-

1,7 ± 0,28

0,54 ± 0,08

Taylor-Robinson [87 ]

5000

1,5

-

0,85 ± 0,25

0,22 ± 0,06

3,86 ± 0,71

0,86 ± 0,31

        

eigene Studie

1000

1,5

1,37 ± 0,98

0,45 ± 0,28

0,33 ± 0,16

1,32 ± 0,47

0,42 ± 0,30

Im linken Teil des Spektrums überlappten sich die Peaks für PME, Pi und PDE breitbasig, so daß sie nicht vollständig von einander zu trennen waren [25 , 55 ].

Phosphokreatin wurde in der Leber nicht nachgewiesen [9 , 23 , 36 , 51 , 55 , 63 ]. Voxel nahe der Bauchwand beziehungsweise in der Nähe von Muskulatur zeigten jedoch immer Anteile von [Seite 66↓] Phosphokreatin. Entweder handelte es sich dabei um Regionen in denen sich aufgrund der Atembewegungen auch Anteile der Bauchdecke befanden oder um die Beeinflussung durch umliegende Voxel entsprechend einem Voxel-Bleeding [11 , 22 , 23 , 29 , 42 , 48 , 52 , 53 , 54 , 64 , 74 , 79 , 87 , 89 , 98 , 100 ].

Im rechten Teil des Spektrums zeigten sich hauptsächlich die Signale von Phosphoratomen in den Phosphatgruppen der Nukleosiddi- und triphosphate [25 ].

Bei gutem Signalrauschverhältnis konnte die Aufspaltung der NTP-Signale in mehrere Peaks aufgrund der Spin-Spin-Kopplung nachgewiesen werden (Abbildung 2 ). Die Aufspaltungen im Bereich der Phosphomonoester und -diester beruhen primär nicht auf Kopplung, sondern Überlagerung verschiedener Metabolite. Grundsätzlich kann die Aufspaltung einer Resonanz in mehrere Linien auch von Überlagerungen des Grundrauschens hervorgerufen werden [36 ].

4.4 Patientenuntersuchungen

4.4.1 prätherapeutische Spektren

In den Patientenspektren wurden prätherapeutisch die charakteristischen Merkmale malignen Gewebes deutlich - erhöhtes PME-Signal bei gleichzeitig verringertem PDE [22 , 25 , 26 , 29 , 47 , 54 , 57 , 82 ]. Ebenfalls zeigte sich bei den Patienten ein PCr-Signal in einigen Voxeln, verursacht durch Einflüsse der Muskulatur und Voxel-Bleeding. Auch in dieser Studie zeigte sich ein schlechteres Signalrauschverhältnis der Patientenspektren im Vergleich zu den Probanden. Dieses scheint nicht allein durch Untersuchungsunterschiede verursacht zu werden, sondern ist charakteristisch für Tumoren [10 , 11 , 12 ].

Sowohl die Werte der ermittelten Quotienten für das normale Leberparenchym als auch die der Lebertumoren lagen im Bereich der Werte, die andere Gruppen bereits früher berichtet haben (Tabelle 8 , Tabelle 9 ). Ebenso wie bei Francis et al. und Cox et al. zeigte sich im Histogramm eine Überlappung der Werte des PME/ß-NTP-Quotienten zwischen der Probanden- und Patientengruppe [25 , 26 , 29 ]. In einer Arbeit zeigten Cox et al. zusätzlich ein ähnliches Verhalten für die PME/PDE- und PDE/ß-NTP-Quotienten [26 ].

Tabelle 9 : verschiedene spektroskopische Quotienten bei Lebermetastasen und HCC unterschiedlicher Studien

Studie

Tumor

TR

(ms)

B 0

(T)

PME/ß

PME/PDE

PDE/ß

Pi/ß

Brinkmann [10 ]

Metast.

600

1,5

0,87 ± 0,47

-

1,82 ± 0,67

1,1 ± 0,45

Brinkmann [10 ]

Metast.

2400

1,5

0,92 ± 0,3

-

1,9 ± 0,54

0,96 ± 0,27

Brinkmann [12 ]

Metast.

600

1,5

0,67 ± 0,27

-

1,89 ± 0,7

1,15 ± 0,48

Brinkmann [13 ]

Metast.

600

1,5

0,72 ± 0,25

-

1,68 ± 0,59

1,0 ± 0,39

Cox [25]

HCC

1000

1,6

0,49 ± 0,13

0,48 ± 0,06

1,02 ± 0,34

0,22 ± 0,03

Cox [25]

Metast.

1000

1,6

0,78 ± 0,22

0,98 ± 0,18

0,8 ± 0,19

0,36 ± 0,15

Cox [26]

HCC

1000

1,6

0,67

1,03

0,64

-

Cox [26]

Metast.

1000

1,6

0,54

0,57

0,93

-

Francis [29 ]

Metast.

500

1,5

1,81 ± 1,9

-

-

-

Francis [29

HCC

500

1,5

1,39 ± 0,64

-

-

-

        

eigene Studie

HCC

1000

1,5

0,77 ± 0,4

0,75 ± 0,58

1,45 ± 0,71

0,41 ± 0,23

 

Metast.

1000

1,5

0,61 ± 0,28

0,73 ± 0,41

1,1 ± 0,6

0,41 ± 0,17

4.4.2 Unterschiede zwischen verschiedenen Studien

Die Unterschiede zwischen den einzelnen Arbeitsgruppen sind größer, als die einzelnen Standardabweichungen vermuten lassen. Dies läßt auf erhebliche methodische Unterschiede schließen. In Betracht kommen dabei Unterschiede der Patienten- und Probandenkollektive sowie der Meß- und Auswertungsverfahren [10 , 36 , 52 , 53 , 80 ].

4.4.2.1 Ernährungszustand

Unterschiede in den Leberspektren sind in-vitro und in-vivo für verschiedene Ernährungs­zu­stände nachgewiesen worden. Dabei veränderten sich vor allem die Signal­in­ten­sitäten der Phospho­ester und des anorganischen Phosphats [9 , 22 , 36 , 71 , 75 ]. Die Veränderungen zeigten sich am deutlichsten anschließend an eine Nahrungs­auf­nahme. Brinkmann et al. konnten sowohl bei gesunden Probanden als auch bei Patienten mit Lebermetastasen keine signifikanten Unterschiede zwischen Fasten für 3 - 5 Stunden und dem Fasten über Nacht finden [12 ]. Die Patienten wurden daher ausschließlich nach mehrstündigem Fasten untersucht, um Ver­änderungen aufgrund der Nahrungsverwertung auszuschließen.


[Seite 68↓]

Die Zufuhr verschiedenster Substrate kann die Spektren ebenfalls deutlich verändern [7 , 16 , 19 , 47 , 50 , 52 , 54 , 74 ]. Dies trifft auch für einige Stoff­wech­sel­er­krankungen, wie zum Beispiel die Fruktoseintoleranz zu [54 , 64 ].

4.4.2.2 Alter

Das Alter der Patienten hat zusätzlich Einfluß auf die Konzentration der verschiedenen Metabolite [36 , 98 ]. Bourdel-Marchasson et al. fanden bei älteren, lebergesunden Patienten mit chronischem Proteinmangel (Hypalbuminämie) eine Erhöhung des PME/ß-NTP-Quotienten bei Abnahme des PDE/ß-NTP-Quotienten [9 ].

Weiterhin kann sich im Alter die Grundstruktur des Leberparenchyms verändern wie zum Beispiel beim zirrhotischen Umbau. Dabei kann es zu einem Verlust an Hepatozyten und Ersatz mit Fett und Kollagen kommen. Zusätzliche Veränderungen im Energiestoffwechsel führen zu Konzentrationsänderungen des ATP und des anorganischen Phosphats [55 ].

4.4.2.3 pH-Wert

Verschiebungen der Resonanz des anorganischen Phosphats sind abhängig vom pH-Wert innerhalb des Meßvolumens. Meyerhoff et al. berechneten für die alkoholische Hepatitis höhere und für die Leberzirrhose niedrigere Werte als pH 7,44 im normalen Leberparenchym [55 ]. Im Gegensatz dazu fanden Munakata et al. einen verringerten pH-Wert bei Patienten mit milder Leberzirrhose [59 ]. Andere Studien konnten für verschiedene Lebererkrankungen keinen signifikanten Unterschied feststellen, was mit der geringeren Genauigkeit in klinischen Studien begründet wurde [42 , 52 , 53 , 68 , 98 ]. Für Tumoren wird allgemein ein intrazellulärer pH-Wert von 7,1 - 7,2 ange­geben, der sich nicht wesentlich vom normalen Gewebe unterscheidet, da er physiologisch reguliert wird [86 ].

Die Bestimmung des pH-Wertes erfordert eine sehr große Meßgenauigkeit zur verläßlichen Bewertung. Insbesondere fehlt im Leberparenchym der Peak des Phosphokreatins, der meist als Referenzpunkt verwendet wird. In dieser Studie wurde aufgrund der eingeschränkten Meßgenauigkeit der pH-Wert nicht in die Beurteilung einbezogen.


[Seite 69↓]

4.4.2.4  Meßmethoden

Die Unterschiede der einzelnen Meßmethoden sind ebenfalls erheblich. Technische Untersuchungsgegebenheiten wie Magnetfeldstärke, Repetitionszeiten, Lokalisierungsverfahren und der Kern-Overhauser-Effekt sowie Kontrastmittel beeinflussen die spektroskopischen Daten.

4.4.2.4.1 Lokalisierungsverfahren

Die verschiedenen Lokalisierungsverfahren bieten jeweils spezifische Vor- und Nachteile, die sich in den Spektren niederschlagen. Stets bieten sie einen Kompromiß zwischen Lokalisierung und Signalstärke. Gerade bei Oberflächenspulen verhindern die einzelnen Verfahren Kontaminationen durch die umgebende Muskulatur in unterschiedlichem Umfang [11 , 27 , 50 , 51 , 53 , 55 , 64 , 76 , 84 , 87 , 89 , 90 , 93 , 98 ]. Howe et al. verdeutlichten bei Messungen von Rattentumoren den Einfluß verschiedener Lokalisationstechniken (CSI, ISIS, unlokalisiert), Spulencharakteristiken und der Tumorlage auf die Spektren. Eine geringe Beeinflussung durch umliegende Gewebe zeichnete das ISIS-Verfahren aus, allerdings mit unumgänglicher Verringerung des ß-NTP-Peaks durch Artefakte aufgrund chemischer Verschiebungen. Das CSI-Verfahren zeigte keine Beeinflussung der Spektrencharakteristik, wohl aber eine Kontamination aus dem umliegenden Muskel [38 , 93 ].

Verschiedene Arbeitsgruppen konnten zeigen, daß es zu einer Kontamination des Spektrums auch aus den benachbarten Regionen kommt [22 , 76 , 79 , 93 ]. Brinkmann et al. demonstrierten einen Anteil bis zu 20 % am Signal durch Bereiche außerhalb des eigentlichen Voxels beziehungsweise aus benachbarten Volumenelementen [11 ].

4.4.2.4.2 Repetitionszeiten

Die Wahl verschiedener Repetitionszeiten verändert aufgrund des Sättigungseffektes bei langen T1-Zeiten die Signalstärke. Insbesondere ist dies für die Phosphodiester typisch. Die Metabolite in diesem Frequenzbereich haben relativ lange Relaxationszeiten, was bei kurzen Repetitionszeiten zu einer Sättigung und damit einem Signalabfall führt [12 , 24 , 25 , 27 , 36 , 48 , 50 , 52 , 53 , 55 , 56 , 64 , 71 , 93 , 98 ]. Sijens et al. zeigten dabei eine signifikante Verringerung des [Seite 70↓] PDE-Peaks - als die wesentliche Veränderung - mit geringeren Veränderungen der restlichen Resonanzen. Sie empfahlen für klinische Studien eine Repetitionszeit von 20 Sekunden. Weiterhin betrachteten sie die großen Differenzen in den Ergebnissen verschiedener Studien als nicht ausschließlich durch die TR-Unterschiede bedingt [79 ]. Im Gegensatz dazu fanden Brinkmann et al. beim Vergleich von Spektren mit einer TR von 600 und 2400 ms signifikante Unterschiede nur bei der relativ kurzen Repetitionszeit. Außerdem zeigten sie einen erhöhten PDE/ß-NTP-Quotienten in malignen Leberläsionen bei der sehr kurzen TR von 600 ms [10 , 11 , 13 ]. 1998 zeigten Sijens et al., daß die großen Unterschiede zwischen den einzelnen Studien nicht nur auf den TR-Unterschieden beruhen, sondern auch auf reproduzierbaren Unterschieden im Nach­ver­arbeitungs­prozeß [80 ].

Definitive Messungen der einzelnen T1-Zeiten sind durchführbar, erfordern aber einen enormen zeitlichen Aufwand, der klinisch nicht akzeptabel ist [53 , 71 , 98 ]. Mit den entsprechenden Werten können bei einer gegebenen Repetitionszeit Korrekturfaktoren berechnet werden. Verschiedene Studien nutzten unterschiedliche Ansätze, um auch ohne aufwendige Analysen eine Korrektur durchzuführen [48 , 52 , 53 , 55 , 56 , 59 , 64 ].

4.4.2.4.3 Magnetfeld

Die Stärke und Homogenität des Magnetfeldes haben Einfluß auf die Signalintensität, die Auflösung und das Signalrauschverhältnis, also Größen mit unmittelbarem oder mittelbarem Einfluß auf die spektroskopischen Ergebnisse [51 , 52 , 53 , 87 ]. So konnten Bates et al. eine dramatische Verringerung des PDE-Signals in Rattenlebern bei 8,5 T im Vergleich zu 2,35 T dokumentieren, die sie auf den Anteil der Membranphospholipide zurückführten [3 ].

4.4.2.4.4 Kern-Overhauser-Effekt

Durch die Nutzung des Kern-Overhauser-Effekts läßt sich die Signalintensität verbessern. Dabei erfolgt die Verstärkung der einzelnen Signale nicht gleichmäßig, sondern ist abhängig vom Signal und dem Gewebe [74 , 100 ]. Li et al. konnten zeigen, daß sich dadurch besonders die Signale der Phosphomono- und diester verstärken bei gleichzeitig verbesserter spektraler Auflösung. Die NTP-Signale wurden kaum verändert [48 ].


[Seite 71↓]

Diese Technik der Magnetisierungsübertragung von den Protonen auf die Phosphorkerne erfordert jedoch die technische Aufrüstung eines zweiten Kanals für das 1 H-Spulensystem, der nur sehr selten in klinischen Geräten installiert ist [74 ].

4.4.2.4.5 Kontrastmittel

Die Relaxationszeiten lassen sich durch paramagnetische Kontrastmittel verkürzen. Wie Bauer et al. zeigten, sind Effekte nur für Gadoliniumverbindungen zu erwarten, die auch in Kontakt zu den phosphorhaltigen Molekülen der Leber treten können. Dies wurde nur für das intrazelluläre Gd-EOB-DTPA im Gegensatz zum extrazellulären Gd-DTPA nachgewiesen [4 ]. Eine Verbesserung der 31 P-Leberspektren ist möglich, würde aber den Vorteil der Nichtinvasivität der Spektroskopie negieren.

Leberspezifische superparamagnetische Kontrastmittel reichern sich im retikuloendothelialen System an und verschlechtern mit ihrem magnetischen Moment die lokale Magnetfeldhomogenität. Dies führte in dieser Studie zum Ausschluß von Patienten, die vorher mit solchen eisenhaltigen Kontrastmitteln untersucht wurden. Le Duc et al. untersuchten diesen Effekt am Beispiel des AMI227-Sinerem® . Konzentrationsabhängig verschob sich das Spektrum und die einzelnen Peaks wurden kleiner und breiter. Auch nach Spülung der Leber hielten die Veränderungen des Spektrums an, da die Partikel in die Leberzellen aufgenommen wurden [46 ].

4.4.2.5 Auswertungsverfahren

Die hohen Standardabweichungen insbesondere der Resonanzen im Bereich von –8 bis 0 ppm des Spektrums können auch auf die höhere Ungenauigkeit bei der Flächenbestimmung in diesem Abschnitt zurückgeführt werden. Durch die starke Überlappung und Verschmelzung der Resonanzen ergeben sich erhebliche Toleranzen dieser Werte [36 ]. Grundsätzlich beeinflussen die verschiedenen Methoden zur Basislinienkorrektur, Phasenkorrektur, Filterung deutlich das Aussehen des Spektrums [13 , 22 , 25 , 39 , 55 , 56 , 80 ]. Die Nachbearbeitung und Auswertung sind, wenn überhaupt, nur halbautomatisch möglich, was Einflüsse des Auswertenden bedingt [8 , 13 , 24 , 55 , 90 ]. In einem multizentrischen Vergleich der Auswertung von gleichen Rohdaten wurde deutlich, daß die systematischen Fehler teils größer waren als die statistischen [5 ].


[Seite 72↓]

Der Vergleich und die Interpretation von spektroskopischen Ergebnissen ist folglich nur innerhalb einer Studie bei gleichen Untersuchungs- und Auswertungsbedingungen sinnvoll. Der quantitative Vergleich zwischen verschiedenen Arbeitsgruppen ist nur unter Berücksichtigung vieler Voraussetzungen möglich [5 , 10 , 11 , 25 , 29 , 53 , 54 , 55 , 98 ]. Die qualitativen Ergebnisse sind wesentlich unabhängiger zu vergleichen [36 , 78 ].

4.5 Transarterielle Chemoembolisation

Aktuell wird kontrovers über die Wertigkeit der transarteriellen Chemoembolisation diskutiert. Einige Studien konnten keinen Überlebensvorteil gegenüber der systemischen Therapie zeigen. Dabei wurden sowohl die transarterielle Chemoembolisation als auch die transarterielle Embolisation verglichen [15 , 33 , 67 ]. Zwar wurde jedesmal ein deutliches Ansprechen des Tumors mit Nekrosen und Größenreduktion dokumentiert, aber im Therapie­verlauf ergab sich kein Überlebensvorteil. Bruix et al. konnten in ihrer großen Studie mit transarterieller Embolisation lediglich ein späteres Auftreten der Tumorprogression feststellen. Alle anderen Parameter neben dem Überleben wie Komplikationshäufigkeit, Allgemeinzustand und Metastasierung waren nicht verschieden zur Kontrollgruppe. Verschiedenste Erklärungs­ansätze wurden vorgeschlagen. Wie zum Beispiel die iatrogene Selektion der undifferenzierten Anteile des Tumors, die längerfristig den Effekt der initialen Größenreduktion aufwiegt [15 ]. Von Okada wurde angemerkt, daß in den Studien sehr verschiedene Stadien und Therapieverfahren verglichen wurden. Nur größere Studien mit sehr genauer Einstufung der Patienten sollten in Untergruppen den Überlebensvorteil belegen können [1 , 33 , 65 ]. Die wiederholte präoperative Anwendung der TACE verlängert nach der Hepatektomie den tumorfreien Zeitraum deutlich [106 ].

Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die Kombination von perkutanen Verfahren mit der TACE bessere Ergebnisse erzielen kann als das perkutane Verfahren allein [44 , 104 ].

Sowohl das hepatozelluläre Karzinom als auch Lebermetastasen unterscheiden sich in ihrem Aufbau, Stoffwechsel und ihrer Blutversorgung von normalem Lebergewebe. Die vorrangige Versorgung aus Ästen der A. hepatica gestattet bei der Embolisation die Schonung des normalen Leberparenchyms, welches einen Großteil seiner Blutversorgung über Äste der Pfortader erhält [21 , 30 , 31 , 32 , 40 , 91 , 102 ].


[Seite 73↓]

Die Applikation von Zytostatika und die Embolisation der versorgenden Arterien während der TACE verringert den Sauerstoff- und Energiegehalt des Gewebes.

Die applizierten Mikrosphären und das Lipiodol verschließen kleine Gefäße je nach Größe ihres mittleren Durchmessers. Dieser abschließende Verschluß verringert die Auswaschung der applizierten Chemotherapeutika [21 , 40 , 91 ]. Die Partikel lösen sich jedoch nach einiger Zeit wieder auf [30 , 65 , 83 ]. Die Wiederherstellung des Blutflusses und Neueinsprossung von Gefäßen verhindern eine komplette Nekrose des abhängigen Gewebes. Weiterhin wird dadurch die Anlage neuer Blutgefäße verhindert, die keine weiteren Embolisationen erlauben würden [76 ].

4.6 Spektroskopische Ergebnisse

Die spektroskopischen Untersuchungen der Lebertumoren zeigten einen erhöhten PME-Peak und einen verringerten PDE-Peak mit entsprechend erhöhten PME/ß-NTP- und PME/PDE-Quotienten sowie Verringerung des PDE/ß-NTP-Quotienten (Tabelle 9 ). Dies sind ein typische Befunde für maligne Gewebe, die von verschiedensten Arbeitsgruppen beschrieben wurden [10 , 11 , 12 , 13 , 22 , 24 , 25 , 29 , 57 , 63 , 74 , 81 , 82 , 89 ]. Eine Erhöhung des PME ist typisch für Tumorzellen während ihrer Wachstumsphase, in der sie besonders viele Ausgangsstoffe der Phospholipidsynthese benötigen. Generell deutet dies auf eine vermehrte Zellmembransynthese beziehungsweise einen erhöhten Zellumsatz hin [11 , 25 , 36 , 42 , 53 , 81 , 87 , 98 ]. Cox et al. wiesen in-vitro eine deutliche Erhöhung der Resonanzen des Phosphorylethanolamins und –cholins nach. Gleichzeitig zeigte sich in den Tumoren eine Verringerung des Glycero­phosphoryl­ethanolamins und –cholins [26 ]. Im Tiermodell beobachteten Thomas et al. eine positive Korrelation des PME/PDE-Quotienten bei zunehmender Infiltration der Mausleber durch ein Lymphom [89 ].

Erhöhtes PME beziehungsweise PME/ß-NTP wurde jedoch nicht nur in Lebertumoren, sondern auch bei verschiedenen anderen Lebererkrankungen, wie malignen Lymphomen, Hepatitiden, Zirrhose, Budd-Chiari- und Caroli-Syndrom, nachgewiesen [9 , 10 , 19 , 22 , 24 , 25 , 36 , 42 , 47 , 52 , 54 , 55 , 59 , 68 , 87 , 89 , 98 ]. In einer Studie mit 85 Leberzirrhosepatienten fanden Menon et al. unter anderem einen erhöhten PME/ß-NTP-Quotienten, der auch mit der Verschlechterung der Leberfunktion korrelierte. Zusätzlich zeigten sie signifikante spektroskopische Unterschiede für einzelne Ätiologien der Zirrhose [53 ]. Tumorpatienten ohne Leberbeteiligung und mit [Seite 74↓] Gewichtsverlust zeigten im Gegensatz zu Patienten ohne Gewichtsverlust in einer Studie von Dagnelie et al. eine erhöhte PME-Konzentration und eine Verringerung des PDE. Für die Zunahme des PME wurde vorrangig eine starke Erhöhung der Konzentration der Zucker­phosphate verantwortlich gemacht. In der Leber dieser Patienten zeigten sich deutliche Veränderungen mit einem erhöhten Glukoseumsatz und einer verstärkten Gluconeogenese [27 ].

In nekrotischen Tumorarealen und bei Zellen mit vermehrtem Umsatz von Membranlipiden sind erhöhte Konzentrationen von GPE und GPC nachgewiesen worden. Diese verursachen im Spektrum einen vergrößerten PDE-Peak [10 , 25 , 54 , 57 , 81 , 88 ].

Die Verringerung der Oxygenierung führt zu einer verringerten Synthese, beziehungsweise vermehrtem Abbau von ATP, bei Konzentrationszunahme von ADP und anorganischem Phosphat. Die Zunahme des anorganischen Phosphats ist Ausdruck des reduzierten Energie­stoffwechsels der Zellen beziehungsweise des Zelluntergangs [2 , 36 , 82 ]. Abgestorbene Zellen zeigen im Spektrum nur noch das Pi-Signal [62 ]. In-vitro zeigten Adams et al., daß es nach einer Unterbindung der Blutzufuhr rasch zu einer Abnahme des Sauerstoffgehaltes und einer Zunahme des anorganischen Phosphats kommt [2 ].

Nach der transarteriellen Chemoembolisation zeigte sich ein erhöhter Pi-Peak. Durchschnittlich stieg der Pi/ß-NTP Quotient um 191,4 %, wozu auch die Verringerung des ß-NTP-Peaks nach Therapie beitrug [25 , 54 , 63 , 76 ]. Die verringerte ATP-Syntheseleistung führt zu einer Abnahme der NTP-Peaks. Am deutlichsten wurde diese Abnahme beim ß-NTP-Peak, der sich durch­schnitt­lich um 19,1 % verringerte, bei Abnahme aller NTP-Peaks um nur 4,3 %. Im Gegensatz zum γ - und α -NTP-Peak beruht der ß-NTP-Peak zum größten Teil auf Signalen des ATP und reagiert daher am empfindlichsten auf Veränderungen des Energiestoffwechsels [25 ]. Schilling et al. zeigten in zwei HCC eine Abnahme des ß-NTP innerhalb von 24 Stunden nach TACE um durchschnittlich 23 %. In diesem Zeitraum nahm das anorganische Phosphat um 260 % zu [76 ].

Phosphorylcholin und Phosphorylethanolamin sind zwei wesentliche Signalbestandteile des PME-Peaks. Sie sind Grundbausteine für die Synthese der Zellmembranen [9 , 10 , 11 , 25 , 26 , 42 , 45 , 54 , 55 , 81 , 87 , 88 , 98 ]. Beim Abbau von Membranen wiederum entstehen unter anderem Glycerophosphorylcholin und Glycerophosphorylethanolamin aus Makromolekülen der Lipiddoppelschicht. Diese beiden Moleküle tragen wesentlich zum Phosphodiestersignal bei [3 , 25 , 26 , 54 , 76 , 81 , 87 ].


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Veränderungen der PME- und PDE- Konzentrationen kennzeichnen Änderungen der biologischen Aktivität des Gewebes bei gestörtem Membranmetabolismus [26 ]. Eine Verringerung der Phosphomonoester bei gleichzeitiger Erhöhung der Phosphodiester gilt als Zeichen des Membranabbaus beziehungsweise der verringerten Synthese [81 ]. Bei einem Rückgang des PME- und Zunahme des PDE-Peaks und den entsprechenden Veränderungen der abgeleiteten Quotienten wird dies als Therapieansprechen gewertet werden [25 , 45 , 54 , 57 , 76 , 82 , 88 ].

Im Verlauf von Wochen nach der Embolisation werden die akuten Veränderungen abgeschwächt und teilweise wieder normalisiert. Insbesondere die Parameter des Energiestoffwechsels zeigen eine rasche Normalisierungstendenz. Das anorganische Phosphat verringert sich und insbesondere der ß-NTP-Peak steigt wieder an [57 ]. Aufgrund der umfangreichen Blutversorgung der Leber kommt es nicht zu einer raschen und vollständigen Nekrose nach Chemoembolisation. Die Okklusion ist nicht irreversibel, da die Partikel sich auflösen können oder fortgeschwemmt werden. Die Schonung des normalen, portal versorgten Parenchyms ermöglicht besonders im Tumorrandbereich ein vermehrtes Überleben der Tumorzellen. Von dort aus können auch neue arterielle Gefäße in den Tumor einsprossen [104 ].

Im interindividuellen Vergleich zeigten sich große Standardabweichungen, wie dies auch schon zum Beispiel von Cox et al. berichtet wurde [9 , 16 , 25 , 55 , 71 ]. Deshalb stützte sich die Therapiebeurteilung wesentlich auf den intraindividuellen Verlauf der einzelnen Peaks und Quotienten [76 ].

Spektroskopisch ließ sich prätherapeutisch kein signifikanter Unterschied zwischen den Werten der primären und sekundären Lebertumoren zeigen. Die Magnetresonanzspektroskopie konnte nicht zur Unterscheidung zwischen den verschiedenen Formen der malignen Lebertumoren genutzt werden. Eine Unterscheidung zwischen malignem und gesundem Gewebe war jedoch möglich [13 , 26 , 29 , 36 , 81 ]. Sie ist dennoch im Bereich der malignen Lebertumoren nicht zur Differentialdiagnose geeignet [10 , 25 , 26 , 29 , 36 ]. Die Hypothese arttypischer Tumorspektren wird von einigen Autoren grundsätzlich bestritten. Die Unterschiede zwischen verschiedenen Tumoren beruhen mehr auf Unterschieden der Größe und des Tumorstadiums [62 , 78 , 81 ].

Der intraindividuelle Verlauf unter Therapie zeigte aber typische Veränderungen, mit denen sich Aussagen über den Therapieerfolg treffen ließen.


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4.7  Quotientenverläufe

Tabelle 10 : relative Quotientenveränderungen aller Patienten nach TACE

 

PME/Pi

PME/

PME/PDE

PDE/

Pi/

      

Mittelwert

19,5%

77,9%

54,1%

59,3%

191,9%

SD

109,5%

128,8%

147,3%

104,2%

389,4%

Generell zeigte sich eine sehr große interindividuelle Variabilität bei den verschiedenen Quotienten, erkennbar an den Standardabweichungen. Dies führt zu einer Überlappung der einzelnen spektroskopischen Werte (Tabelle 10 ) [25 ]. Für die Patienten wurde daher der individuelle Verlauf der einzelnen Quotienten ausgewertet und beurteilt. Es kristallisierten sich dabei drei typische Muster im Verlauf der Zyklen heraus.

Die erste Patientengruppe zeigte einen verringertes PME bei erhöhtem PDE mit Verringerung des PME/ ß-NTP und PME/PDE Quotienten bei Verringerung des PDE/ß-NTP Quotienten. Einige Patienten zeigten diese Veränderungen bereits kurz nach der TACE und während der Spätkontrolle. Bei anderen Patienten konnten diese Veränderungen jeweils erst vor dem nächsten Zyklus nachgewiesen werden. Das Verhalten dieser beiden Gruppen wurde als Therapieerfolg gewertet [25 , 54 , 57 ].

Alle Patienten mit einer Tumorgrößenreduktion um mindestens 50 % zeigten derartige spektroskopische Zeichen des Therapieansprechens. Patienten mit einer sehr homogenen und kompletten Lipiodoleinlagerung im Tumor zeigten häufiger spektroskopische Zeichen des Therapieerfolges.

Als Nichtansprechen auf die Therapie wurde ein Verlauf gewertet, wenn es zu keiner Verringerung der Phosphomonoester kam. Die Patienten der dritten Gruppe zeigten ein konstanten oder ansteigenden PME/ß-NTP-Quotienten in der frühen und späten Kontroll­untersuchung. Die Phosphodiester verhielten sich gegensätzlich und zeigten eine abfallende Tendenz. Ansteigen des PME und Abfallen des PDE sind Merkmale malignen Gewebes und sprechen für ein Fortschreiten der Tumorerkrankung im Sinne eines Therapie­versagens.


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Alle Patienten mit einer Tumorprogression in der Untersuchungsregion zeigten im Verlauf die spektroskopischen Zeichen des Therapieversagens. Dies wurde zumeist besonders an einer Zunahme des PME-Peaks deutlich. Eine geringe Einlagerung des Lipiodols beziehungsweise rasche Entspeicherung im Verlauf wurde sehr oft bei einem Therapieversagen beobachtet.

4.8 Ausblick

Die Entwicklungen auf dem Gebiet der Magnetresonanzspektroskopie ermöglichen die Gewinnung von aussagekräftigen 31 P-Spektren der Leber. Dies ist allerdings mit einem hohen materiellen, personellen und zeitlichen Aufwand verbunden. Zusätzlich müssen die Patienten einige Voraussetzungen erfüllen, die es nicht gestatten, diese Methode bei jedem Patienten anzuwenden. Insbesondere im Bereich der Onkologie stellt eine Untersuchungsdauer von mehr als einer Stunde oft eine zu große Anforderung an den Patienten [25 , 53 , 55 ]. Viele verschiedene Verfahren bei der Untersuchung und Auswertung verhindern zudem den direkten Vergleich unterschiedlicher Studien miteinander.

Die MRS hat daher noch keine Bedeutung in der klinischen Routinediagnostik erreicht. Sie ist weniger für die Diagnostik geeignet als zur Therapiekontrolle, da sie sehr sensitiv auf Veränderungen des Energiestoffwechsels reagiert. Die 31 P-Spektroskopie ermöglicht im Rahmen von Studien ein besseren Einblick in Veränderungen während und nach transarterieller Chemoembolisation der Leber. Eine Größenreduktion des Tumors kann erst nach einigen Wochen im Rahmen der Bildgebung nachgewiesen werden. Die MRS kann schon kurz nach der Embolisation Ansprechen und Nichtansprechen unterscheiden. Auch im langfristigen Verlauf sind Veränderungen eher erkennbar.

Zukünftige Verbesserungen der Magnetresonanztomografie und –spektroskopie werden eine schnellere Durchführung der MRS ermöglichen. Grundsätzlich verringert sich aber mit der gewünschten Verkleinerung des selektiven Untersuchungsvolumens auch die Anzahl der darin enthaltenen Phosphoratome, die zum Signal beitragen können. Mit empfindlicheren Spulensystemen verbessert sich das Signalrauschverhältnis, weshalb sich gleichwertige Spektren in kürzerer Zeit gewinnen lassen. Eine größere Magnetfeldstärke trägt ebenso dazu bei; die Stärke ist aber bei der Anwendung am Menschen auf 2 Tesla beschränkt. Durch Nutzung des Kern-Overhauser-Effekts kann zusätzlich die spektrale Auflösung erhöht werden.


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Die Qualität der Auswertung steigt mit der Verbesserung der gewonnen Spektren. Sowohl eine bessere spektrale Auflösung als auch ein größeres Signalrauschverhältnis führen zu einer zunehmenden Genauigkeit der Auswertung. Weiterentwickelte Computerprogramme können durch Automatismen bei der Signalauswertung die Untersucherabhängigkeit verringern, was die gewonnenen Daten reproduzierbarer macht.

Bei Beachtung und Einhaltung der Rahmenbedingungen sowie konstanter Durchführung und Einhaltung der Untersuchungsbedingungen als auch der Auswertungsverfahren, hat die Methode einen hohen Stellenwert in der Grundlagenforschung und gegebenenfalls in der klinischen Routine.


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04.08.2003