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3.  Perfusion

Bis vor wenigen Jahren war es mit der Magnetresonanztomographie nicht möglich die Dynamik eines Kontrastmittelbolus mit ausreichender Geschwindigkeit zu erfassen, um Aussagen über das Verhalten während der ersten Kreislaufpassage ("first pass") zu treffen. Deshalb beziehen sich frühere Studien auf die Verteilung des Kontrastmittels nach einigen Minuten. Durch die Eigenschaften von Gd-DPTA, das sehr schnell aus dem Gefäßbett in das umgebende Gewebe übergeht erlauben solche Messungen jedoch nur eine geringe Aussage über die Myokardperfusion.

Um jedoch die Dynamik der ersten Kreislaufpassage eines Kontrastmittelbolus zur Bestimmung der Myokardperfusion zu bestimmen, sind sowohl eine hohe räumliche, als auch eine hohe zeitliche Auflösung erforderlich. In der ersten Phase unserer Untersuchung setzten wir uns zum Ziel mindestens eine Schicht pro Herzschlag mit einer Auflösung von unter 1.5 x 1.5 mm aufzunehmen. Damit können ausreichend viele Datenpunkte über die Zeit gewonnen werden und es fanden sich mindestens 3 Bildpunkte über die Dicke des Myokards. Als vielversprechendste Technik bot sich ebenfalls eine Turbo-Gradienten-Echo Technik (TFE, FLASH) an, mit der diese Bedingungen erreicht werden konnten. Allerdings erlaubte diese Sequenz nur die Abbildung einer Schicht. Die technischen Details sind in Tabelle 2 aufgelistet, das Pulsschema in Abbildung 3. Mit dieser Technik erfolgte eine erste Pilotstudie [19] Originalarbeit 5, bei der das Kontrastmittel mit einem zentralen Zugang in die Vena cava superior appliziert wurde, um einen möglichst kompakten Bolus zu erreichen. Die Auswertung der Daten dieser Studie ergab im Unterschied zur überwiegenden Literatur [20], dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Kontrastmittelbolus (upslope) als Parameter für den myokardialen Blutfluss genutzt werden kann und kein aufwändiges Datenfitting unter Einschluss auch später Datenpunkte (downslope) erforderlich ist Originalarbeit 6. Dies erlaubte die Umstellung auf eine periphere Kontrastmittelinjektion über die Vena brachialis da sich hierdurch die Einwaschgeschwindigkeit nur wenig verändert, die Auswaschkurve jedoch von der Rezirkulation überlagert wird [21]. Als weiteres Ergebnis dieser Messungen zeigte sich, dass der Inversionsvorpuls zwar optimale Kontrasteigenschaften hat, aber sehr anfällig für Arrhythmien ist. Wir stellen deshalb die Messung auf einen Sättigungsvorpuls um, der zusätzlich den Vorteil hat nur eine geringere Vorpulsverzögerung zu benötigen, da die Longitudinalmagnetisierung schneller in messbare Bereiche zurückkehrt. Eine weitere Verbesserung konnte durch Sequenzoptimierungen erreicht werden. Die Anwendung einer Turbo-Gradienten-Echo-Echo-Planar-Imaging (TFEPI) Technik [22] unter maximaler Ausreizung der Gradientenverstärker führte zu einer deutlichen Reduktion der Akquisitionsdauer pro Schicht (Tabelle 2). Dies konnte genutzt werden, um 5 Schichten pro Herzschlag zu messen und damit das Herz nahezu vollständig abzubilden. Die Pulssequenz ist in Abbildung 4 gezeigt.


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Abbildung 3:Pulssequenz zur Perfusionsmessung.Auf den Inversionsvorpuls folgt die Datenakquisition in einer Schicht mit einer Turbo-Gradientenecho-Technik.


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Abbildung4: Bei der Turbo-Gradientenecho-Echo-Planar-Imaging Hybrid Sequenz (TFEPI) können nach einem Sättigungsvorpuls 5 Schichten ausgelesen werden. Der Vorpulsabstand (TS) ist jedoch für jede Schicht verschieden (TS 1 –5). Dabei werden die inneren Schichten (2-4) zuerst, die äußeren Schichten (1 + 5) zuletzt ausgelesen..
Nachteilig an der genutzten Sequenz waren jedoch 1.) Artefakte durch den langen Echozug bei der EPI-Sequenz, 2.) die inhomogene Bildausleuchtung durch Verwendung nur der vorderen Spulenelemente und 3.) die Nutzung nur einen Vorpulses für alle 5 Schichten, der zu unterschiedlichen Signalintensitäts-Zeit-Kurven für verschiedene Schichten führte.

Mit der Verbesserung der Gradientenverstärker und damit einhergehenden Verkürzung der Messzeiten besteht seit kurzem erstmals die Möglichkeit, die oben genannten Nachteile der bisherigen Sequenzen zu überwinden. Ziel derzeitiger Studien ist es, wieder eine Turbo-Gradienten-Echo Sequenz zu verwenden, um die aus dem langen Echo der EPI-Sequenz entstehenden Artefakte zu verhindern, alle Spulenelemente zu nutzen und für jede Schicht einen eigenen Vorpuls anzuwenden (siehe Tabelle 2 und Abbildung 5). Da das T1-verkürzende Kontrastmittel [Seite 11↓]insbesondere auf die zentralen k-Raum-Linien, weniger jedoch auf die peripheren Datenlinien wirkt und für eine optimale Kontrastmittelwirkung eine längere Zeit zwischen Vorpuls und Datenakquisition erforderlich wäre, als in der gegebenen Zeit möglich, ist es wünschenswert die besonders wichtigen k-Raum-Linien an das Ende der Datenakquisition zu legen. Dies ist in der neuesten in unserer Arbeitsgruppe programmierten Software der Fall.

Abbildung 5: eigenen Vorpuls Mit der neuen Turbo-Gradientenecho-Sequenz ist es möglich 3 Schichten auszulesen, jedoch für jede Schicht einen zu nutzen. Der Vorpulsabstand (TS) ist für jede Schicht identisch Durch Änderung der Reihenfolge der Datenauslesung kann der effektive Vorpulsabstand optimiert werden (= TS (HILO)).


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Tabelle 2: Perfusionssequenzen

Sequenztyp

Turbo-Gradienten-Echo

Turbo-Gradienten-Echo-Echo-Planar-Imaging Hybrid

Turbo-Gradienten-Echo

TE

1,7 ms

3,6 ms

1,3 ms

TR

9 ms

12.5 ms

2,5 ms

Flipwinkel

15 °

30°

18°

Anzahl der Schichten

1

5

3

Vorpuls

180° Inversion

90° Sättigung

(1 Vorpuls für alle Schichten)

90° Sättigung

(1 Vorpuls / Schicht)

Vorpuls-Delay

360

200 ms

120 ms

Akquisitionsdauer / Schicht

360 ms

100 ms

150 ms

räumliche Auflösung

1,7 x 1,9 mm

2,7 x 2,7 mm

3 x 3 mm



Dabei ergibt sich insbesondere durch die hohe Auflösung derzeit gebräuchlicher Techniken (ca. 1.5 x 1.5 mm je nach Gerät und genutzter Sequenz bei einer Schichtdicke von 5-8 mm), die den bisher gebräuchlichen nuklearmedizinischen Verfahren deutlich überlegen ist, ein Vorteil der Magnetresonanztomographie. In den derzeit von uns durchgeführten Studien wird die Wertigkeit dieser Technik in größeren Kollektiven überprüft [23]. Dabei zeigen die vorläufigen Ergebnisse eine Sensitivität von 90% mit einer Spezifität von 84% und sind damit den nuklearmedizinischen Ergebnissen zumindest ebenbürtig. Weitere Arbeiten beziehen sich auf die Analyse der endokardialen Perfusion, die mit der Magnetresonanztomographie erstmals erfasst werden kann [24] und die Anwendung von intravaskulären Kontrastmitteln für Perfusionsmessungen. Diese Kontrastmittel diffundieren nicht in das Interstitium, so dass die Signalintensitäts-Zeit-Kurven während der ersten Kreislaufpassage nicht durch Diffusionskomponenten beeinflusst werden und damit stärker vom Fluss abhängig sind, als mit bisherigen extrazellulären Kontrastmitteln.

Vor einer breiten Einführung dieser Methode in die klinische Routine ist es erforderlich, die Auswertung der Perfusionskurven schneller und benutzerunabhängiger zu machen, als dies mit den derzeitig vorhandenen Programmen möglich ist. Ein Weg hierzu ist die automatische Registrierung der Bilder mit Korrektur für Atemverschiebungen. Damit kann die Segmentierung an einem Datensatz vorgenommen und auf alle anderen Datensätze übertragen werden. Die semiquantitative Analyse der Signal-Intensitäts-Zeit Kurven kann dann ohne weiteren Benutzereingriff erfolgen. In enger Kooperation mit der Advanced [Seite 13↓]Development Abteilung in Best (Philips Medical Systems; Dr. M. Breeuwer) wurde eine solche Software entwickelt und validiert [25].

Die Größe und Lokalisation eines Herzinfarktes kann mit Hilfe von Spätaufnahmen nach Kontrastmittelinjektion beurteilt werden ("delayed enhancement") [26, 27, 28]. Hierzu werden die Eigenschaften der herkömmlichen Gd-DTPA Kontrastmittel genutzt, die sich im Extrazellularraum verteilen. Sowohl in ödematösen Bereichen (akute Infarkte), in Bereichen mit Zellmembranschäden (akute und subakute Infarkte), als auch in Bereichen vermehrten Interstitiums (chronische Infarkte) erreicht das Kontrastmittel eine höhere Konzentration, als in gesunden Bereichen. Dadurch kann mit geeigneten Sequenzen, die die Signaleigenschaften des Kontrastmittels nutzen ein irreversibel geschädigter Bereich erkannt werden, der sich hell vom gesunden Myokard abgrenzt. Durch Kombination mit einer Wandbewegungsstudie kann vitales ("hibernating") Myokard erkannt werden, das einerseits nicht an der Pumpfunktion teilnimmt, andererseits keine Nekrose zeigt. Das Vorliegen solcher Bereiche ist eine Indikation zur Revaskularisation, da damit die Pumpfunktion des hibernating Myokards wieder hergestellt werden kann. Wir erforschen derzeit die Bedeutung dieser Technik bei akuten Infarkten [29] und überprüfen verschiedene methodische Varianten [30].


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08.06.2005