3 Die klinische Anwendung verfügbarer Techniken der MR im Vergleich mit anderen Bild gebenden Verfahren – eigene wissenschaftliche Arbeiten

3.1 Anwendbarkeit der MR bei Patienten mit myokardialen Erkrankungen

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Die Magnetresonanztechniken stellen große Anforderungen an die apparative Ausstattung. Zur Durchführung der Untersuchung werden derzeit MR-Tomographen mit einer Feldstärke von 1,5 Tesla verwendet, in denen über ein Gradientensystem die notwendigen Hochfrequenzimpulse erzeugt und zur Bilddatengewinnung verwendet werden. Die erforderlichen Geräte sind nicht nur kostenintensiv in der Anschaffung, sondern stellen auch hohe finanzielle Anforderungen in der Wartung. Darüber hinaus ist eine intensive personelle Betreuung des Gerätes (inklusive der Unterstützung des Herstellers und eines Physikers) und des Untersuchungsvorgangs (MTA, Arzt) erforderlich. Somit ist es auf die herausragende diagnostische Qualität der MRT zurückzuführen, dass sich diese Technik trotzdem zu einem festen Bestandteil der Bild gebenden Diagnostik entwickelt hat.

Die Anwendung am menschlichen Herzen stellt weitere Anforderungen an die MRT. Die Kontraktion des Herzens und die Atmung führen zu einer Vielzahl von Artefakten und Problemen in der exakten Darstellung des Herzens. Durch die Anwendung einer EKG-gesteuerten Untersuchung (EKG-Triggerung) wird der Einfluss der Herzbewegung reduziert. Die zeitliche Positionierung der Anregungs- und Auslesepulse tragen zu einer Reduktion von Flussartefakten bei. Die wichtigste technische Entwicklung in der MRT des Herzens war jedoch zweifelsohne die Einführung schneller Gradientensysteme.

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Trotz großer Fortschritte bleiben spezifische Herausforderungen an die Technik und erfordern nicht nur ein hohes Maß an technischem Aufwand, sondern auch eine genaue Kenntnis zugrunde liegender Mechanismen der Bildgewinnung und –störung. Entscheidend für eine sinnvolle und erfolgreiche Anwendung ist eine ausreichende Erfahrung in der kardiovaskulären Bildgebung und in ihrem Bezug zur kardialen Pathophysiologie.

Das Magnetfeld in einem MRT-System entspricht einem Vielfachen des Erdmagnetfeldes, bislang gibt es allerdings keine gesicherten Erkenntnisse über Nebenwirkungen oder bleibende Veränderungen bei Menschen. Es liegen lediglich Berichte über kurzzeitige (Miss-) Empfindungen auf der Haut vor, die bei schnellen Sequenzen auftreten sollen. Dies ist am ehesten auf eine periphere Neurostimulation zurückzuführen. Ein weiterer relevanter Effekt ist eine geringe Erwärmung des Gewebes, die allerdings klinisch nicht relevant ist[24]. Die beobachteten EKG-Veränderungen bei Patienten in einem Magnetfeld stellen Änderungen der gemessenen oberflächlichen Potenziale durch den so genannten Hall-Effekt dar, die jedoch ausnahmslos komplett reversibel sind[25].

Besondere Beachtung gebührt metallischen Implantaten, da diese durch das Magnetfeld und die induzierten Hochfrequenz-Impulse mit den benachbarten Gewebe in Wechselwirkung treten. Von Bedeutung ist die Induktion einer kinetischen Bewegungsenergie durch das Ausrichten ferromagnetischer Körper parallel zu einem Magnetfeld sowie Wirbelströme mit konsekutiver Erwärmung des benachbarten Gewebes.

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Durch eine Antennenfunktion länglicher metallischer Implantate kann es zu einem deutlichen Temperaturanstieg kommen. Dies ist insbesondere gefährlich bei implantierten Schrittmacher-Elektroden[26]. Daher gilt ein implantiertes Schrittmacher-System als absolute Kontraindikation für die Durchführung einer MRT. Dies gilt in gleichem Maße für implantierbare Defibrillatoren oder lange Stents.

Besorgnis bestand auch bei implantierten Koronarstents. In einer experimentellen und klinischen Studie konnten wir allerdings in einer 1999 veröffentlichten Arbeit zeigen, dass es bei der Exposition von Stents weder zu einer relevanten Erwärmung noch zu einer Bewegungsinduktion kommt [27].

Andere Arbeitsgruppen haben diese Ergebnisse nachvollzogen[28].

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Als weitere Einschränkung der Anwendbarkeit tritt in ca. 4% der Patienten eine Klaustrophobie auf, kann allerdings bei über 50% dieser Patienten durch Gabe von Diazepam-Analoga erfolgreich behandelt werden[29].

Bei kardiologischen Patienten treten verständlicherweise im Vergleich zu anderen Patienten während der Untersuchung häufiger Atemnot als Symptom einer Herzinsuffizienz und Rhythmusstörungen auf. Ernsthafte Probleme sind jedoch sehr selten[30].

Zur Vermeidung von Atemartefakten werden in der kardiovaskulären Anwendung heute nahezu ausschließlich Sequenzen verwendet, die die erforderlichen Bilddaten während eines Atemanhaltezyklus aufnehmen. Diese Techniken erfordern allerdings das Anhalten des Atems für eine Zeit von bis zu 25 Sekunden und sind daher für Patienten mit einer manifesten Herzinsuffizienz problematisch. Neuere Ansätze erlauben jedoch eine Verkürzung der Messzeiten[31], so dass der Anteil der Patienten mit entsprechenden Einschränkungen der Bildqualität abnimmt.

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Zusammenfassend kann die MRT als sichere und für Patienten mit myokardialen Erkrankungen gut tolerierbare Methode bezeichnet werden.

3.2 Einsatz bei ischämischen Herzerkrankungen

Für den Einsatz an Patienten wurde eine Messmethode entwickelt, die MR-Spektroskopie zur Erfassung des myokardialen Stoffwechsels bei der koronaren Herzerkrankung einzusetzen. In einer Pilotstudie konnte gezeigt werden, dass hochgradige Koronarstenosen mit einer Reduktion des Verhältnisses von Kreatinphosphat zu Adenosintriphosphat einhergeht. Diese Arbeit ist 1991 publiziert worden[32].

Ein weiteres Ergebnis war jedoch, dass die Ermittlung der spektroskopischen Daten einen großen technischen Aufwand mit sich bringen und lange Messzeiten in Anspruch nehmen. Damit war ein klinischer Einsatz nur bedingt möglich.

3.3 Einsatz der MR bei Kardiomyopathien

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Aufgrund der unter A. getroffenen Erwägungen liegt der besondere Stellenwert der MRT in der Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit der so erhobenen Daten und der Erfassung von Gewebe-Veränderungen.

3.3.1 Dilatative Kardiomyopathie (DCM)

Die Hauptaufgaben der MRT im klinischen Einsatz bei der DCM sind die Erfassung der linksventrikulären Morphologie und Funktion, wofür Gradientenecho-Sequenzen verwendet werden. Die MRT zeichnet sich vor allem in der Verlaufsbeobachtung durch die hohe Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Daten aus. In einer 1998 publizierten Arbeit konnten wir die Eignung der MRT für klinisch-wissenschaftliche Verlaufsbeobachtungen der LV-Masse unter einer Therapie mit Wachstumshormon belegen[33].

Wir verglichen daraufhin die aufwändige 3-D-Methode mit der Echokardiographie sowie mit der einfacheren 2-D-MRT. In einem Vergleich zur Echokardiographie zeigte sich eine bessere Reproduzierbarkeit der MRT[34].

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Da die 3-dimensionale Methode viel Zeit für die Auswertung erfordert, andererseits aber Berichte über eine gute Reproduzierbarkeit 2-dimensionaler MRT-Techniken vorlagen[35], haben wir die Genauigkeit eines biplanen, zweidimensionalen Ansatzes mit dem Goldstandard der 3-dimensionale MRT verglichen. Hier zeigte sich eine gute Vergleichbarkeit, die lediglich für bestimmte Patientengruppen unzureichend erscheint, die Arbeit dazu ist 2000 in MAGMA publiziert worden[36].

Im weiteren Verlauf wurde dazu eine Berechnung erstellt zur notwendigen Gruppengröße klinischer Studien bei DCM in Bezug auf die Reproduzierbarkeit des Verfahrens. Es stellte sich heraus, dass die Zahl zu untersuchender Patienten durch Wahl eines reproduzierbareren Verfahrens wie der MRT drastisch reduziert werden kann. Die Daten wurden 2001 in JMRI veröffentlicht[37].

Künftige Projekte sollen zu Genotyp/Phänotyp-Analysen im Bereich der DCM beitragen und so den Zusammenhang zwischen hereditären Formen und morphologischen, funktionellen und gewebsspezifischen Veränderungen aufklären helfen.

3.3.2 Hypertrophische Kardiomyopathie

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Ebenso wie bei der DCM ist die überragende Rolle der MRT für morphologische Fragestellungen etabliert. Aufgrund ihrer hohen Sensitivität zur Erkennung morphologischer Veränderungen und ihres nichtinvasiven Charakters kommt die Methode daher insbesondere für wissenschaftliche Fragestellungen und Screening-Untersuchungen der Familienangehörigen von Indexpatienten in Betracht.

Die MRT quantifiziert zuverlässig die linksventrikuläre Masse und ist in dieser Hinsicht der Echokardiographie deutlich überlegen[38, 39]. Auch regionale Formen der Hypertrophie werden zuverlässiger erkannt[40, 41]. Dies gilt insbesondere für apikale Formen[42] oder für Sonderformen im Rahmen anderer angeborener Erkrankungen[43].

Standard-Gradientenecho-Sequenzen sind geeignet, um turbulente Flüsse und damit eine Obstruktion nachzuweisen. Wir haben uns darüber hinaus für einen neuen Weg interessiert, die hämodynamische Relevanz der Obstruktion des Ausflusstraktes zu untersuchen. Da der Druckgradient starken Schwankungen unterworfen ist, haben wir nach einer Methode gesucht, die Verengung im Ausflusstrakt unabhängig von Flussparametern zu untersuchen. Um die Wertigkeit der MRT für die Planimetrie stenosierter Flächen zu definieren, haben wir zunächst ein Flussmodell entwickelt, das wir in einer experimentellen Studie eingesetzt haben, um stenosierte Flächen zu simulieren[44].

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Nach diesen positiven Ergebnissen haben wir in einer prospektiven Studie die entwickelte Methode eingesetzt, um Aortenklappenstenosen in vivo zu quantifizieren, die Ergebnisse sind 2002 im American Heart Journal publiziert worden [45].

Ein vergleichbarer methodischer Ansatz wurde vor dem Hintergrund dieser Erfahrungen zur Quantifizierung der Fläche des linksventrikulären Ausflusstraktes gewählt. Das selektierte Patientengut, das an der Franz-Volhard-Klinik einer Septumablation durch Embolisation einer Septalarterie unterzog, war dabei insbesondere geeignet, die Veränderungen der Fläche nach dieser interventionellen Therapie zu zeigen, die Daten wurden in Circulation veröffentlicht[46]:

Aktuelle Ansätze und künftige Projekte werden sich mit der Rolle der MRT zur Erkennung der Veränderungen der Gewebestruktur bei der hypertrophen Kardiomyopathien befassen. Erste Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die MRT eine nichtinvasive Darstellung fokaler Nekrosen ermöglicht. Diese können von Bedeutung für das Auftreten maligner Arrhythmien sein, deren Risiko mit den derzeit verfügbaren Methoden nicht zufrieden stellend erfasst wird.

3.3.3 Arrhythmogene rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (ARVC)

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Die ARVC ist definiert als eine vorwiegend, aber nicht ausschließlich rechtsventrikulär auftretende myokardiale Degeneration. Typische Merkmale sind regionale Pumpfunktionsstörungen und regionale fibrös-fettige Infiltrationen[3, 4], wobei letzteren eine Rolle bei der Genese maligner Arrhythmien zugesprochen wird[5].

Aus dem vorangegangenen wird deutlich, dass die MRT besondere Vorteile gegenüber anderen Bild gebenden Verfahren aufweist. ARVC ist daher eine sehr häufige Fragestellung im klinischen Alltag. Es sei allerdings hier darauf hingewiesen, dass die Spezifität des Nachweises intramyokardialen Fetts eingeschränkt ist[47].

Künftige Studien werden in einem internationalen, multizentrischen Ansatz die Wertigkeit der einzelnen mit der MRT zu erhebenden Parameter zu klären haben. Entsprechende Netzwerke wurden international bereits initiiert und sind national in Vorbereitung. Bis zu abschließenden Ergebnissen sollte sich der diagnostische Wert der MRT auf die Sicherung bzw. den Ausschluss etablierter Kriterien der Funktion und der Morphologie beschränken. Dazu gehören regionale und globale diastolische und systolische Kontraktionsstörungen sowie eine regionale oder globale RV-Dilatation, die nach der Maßgabe der Task Force[3] auch verwertet werden können, wenn sie mit der MRT dargestellt wurden.

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Zusammenfassend wurde ein breites Spektrum an MRT-Techniken eingesetzt, die jeweils einen spezifischen diagnostischen Beitrag leisten konnten. Eine Übersicht der Literatur und der eigenen Ergebnisse im Vergleich dazu ist im Jahr 2000 erschienen[48].

3.4 Einsatz der MRT bei sekundären Myokarderkrankungen

3.4.1 Myokarditis

Eine virale Systeminfektion geht in bis zu 5% der Fälle mit einer myokardialen Beteiligung einher[49] und in pathologischen Kohortendaten finden sich Hinweis auf eine relevante Inzidenz abgelaufener Myokarditiden[50]. Meistens haben diese eine gute Prognose, in einigen Fällen aber führt eine entzündliche Veränderung des Myokards zu schweren Folgen bis hin zum Bild einer dilatativen Kardiomyopathie[2] zum plötzlichen Herztod[51].

Die etablierten diagnostischen Methoden sind invasiv (Biopsie), strahlenbelastend (Antimyosin-Antikörper-Szintigraphie) oder nur wenig sensitiv (EKG, Troponin).

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Wir haben daher versucht, mit Hilfe der Darstellung entzündlich bedingter Gewebeveränderungen in der MRT einen neuen diagnostischen Ansatz zu finden. Zunächst befassten wir uns mit T2-gewichteten Sequenzen, deren Anwendung von Gagliardi und Mitarbeitern publiziert worden war[52]. Es zeigte sich allerdings eine nur begrenzte Sensitivität und Spezifität[20].

Wir untersuchten daher die Sensitivität der T1-gewichteten Darstellung unter Verwendung von Kontrastmittel. Um den physikalische Einflüsse auf die Messergebnisse zu verhindern und unabhängig von absoluten Bilddaten zu sein, führten wir dazu den Skelettmuskel als internen Standard ein. Es fand sich in einer prospektiven Studie an 19 Patienten mit klinisch gesicherter Myokarditis eine klare Abgrenzung entzündlich veränderten Myokards von normalem Myokards einer Vergleichsgruppe. Die Ergebnisse dieser Studie wurden 1998 in Circulation publiziert [53].

In einer Verlaufsbeobachtung über drei Jahre fanden wir eine prädiktive Bedeutung des MRT-Befundes vier Wochen nach Symptombeginn. In der Gruppe von 17 Patienten war das MRT-Kriterium „erhöhtes relatives Enhancement“ zu diesem Zeitpunkt korreliert mit einem signifikant höheren Symptom score sowie mit einer signifikant niedrigeren Auswurffraktion, die Daten sind 2002 veröffentlicht worden[54].

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Weitere Untersuchungen zur MRT bei Myokarditis sollen eingehen auf:

3.4.2 Sarkoidose

Eine weitere entzündliche Entität ist die Beteiligung bei der Sarkoidose. Aufgrund des fokalen Geschehens ist die Sensitivität bioptischer Verfahren eher noch problematischer als bei der viralen Myokarditis. Daher prüften wir die Einsetzbarkeit der MRT und haben bei Patienten mit Sarkoidose die Relation der kardialen Beteiligung zu Befunden in der MRT untersucht. Es stellte sich im Rahmen einer Pilotstudie heraus, dass auch die Beteiligung des Herzens bei Sarkoidose mittels MRT darstellbar ist. Die Arbeit ist im Jahr 2000 erschienen[55].

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Weitere Untersuchungen zur MRT bei Sarkoidose sind geplant, die insbesondere die Rolle einer postentzündlichen Fibrosierung erfassen sollen.

3.4.3 Kardiotoxizität

Nach diesen Ergebnissen wendeten wir diese Technik auch bei anderen, vergleichbaren Myokardschäden an.

Im Vordergrund stand dabei zunächst der Schaden durch potenziell kardiotoxische Substanzen. In Zusammenarbeit mit der onkologischen Abteilung der Robert-Rössle-Klinik, Charité Campus Berlin-Buch haben wir dazu in einer prospektiven Studie an Patienten und Patientinnen vor und nach Chemotherapie mit Anthrazyklinen ein ähnliches MRT-Protokoll durchgeführt.

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Es zeigte sich, dass die Chemotherapie individuell unterschiedlich stark zu einer Verstärkung der myokardialen Kontrastmittelanreicherung, erneut gemessen in Bezug auf den Skelettmuskel führt. Dieses Phänomen war bereits 3 Tage nach dem ersten Zyklus der Chemotherapie nachweisbar. Zeitgleich zeigte sich eine Abnahme der linksventrikulären Auswurffraktion, welche aber im Mittel innerhalb des Normbereiches blieb. Neben der daraus folgenden Erkenntnis, dass die MRT selbst bei Patienten ohne klinischen Hinweis auf Kardiotoxizität eine Funktionsstörung erkennt, war somit klar, dass Anthrazykline zu darstellbaren Veränderungen im Gewebe führen, die bereits innerhalb weniger Tage nachweisbar sind. Darüber hinaus fand sich aber ein prädiktiver Wert der Veränderung der myokardialen Kontrastaufnahme für die funktionelle Prognose nach 4 Wochen. Die Patienten mit einer starken Zunahme der KM-Aufnahme hatten eine deutliche Abnahme der Ejektionsfraktion, während dies bei Patienten ohne relevante Veränderung der KM-Aufnahme nicht zu beobachten war. Die Ergebnisse wurden 2001 im American Heart Journal veröffentlicht[56]. Eine Fortführung des Projektes ist geplant mit einem Tiermodell, womit untersucht werden soll:


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08.09.2005