Visual Universitätsmedizin Mainz

Tumore

In Zusammenarbeit mit: Dr. K. Oberholzer (Radiologie)

Untersuchung der Tumor-Mirkozirkulation mittels dynamischer MRT

Die dynamische kontrastmittelverstärkte Magnetresonanztomographie (DCE-MRT) ermöglicht die Abschätzung der Perfusion von Tumor-Gewebe, und speziell auch dessen Veränderung unter dem Einfluss von Chemotherapie und Bestrahlung.

Einleitung: Die Untersuchungstechnik von Tumoren beschränkte sich bisher meist auf die Morphologie, und Therapieeffekte wurden vorwiegend anhand von Größenänderungen beurteilt. Im Rahmen von MRT-Routineuntersuchungen ist es möglich die Mikrozirkulation von Gewebe mittels zusätzlicher dynamischer Messungen während der i.v. Applikation eines Kontrastmittels (KM) messtechnisch zu erfassen. Anhand von Veränderungen des Gewebesignals nach Applikation des Kontrastmittels, können Parameter bestimmt werden, welche die Gewebeperfusion beschreiben, und damit einerseits die Prognostizierung eines möglichen Therapieerfolgs unterstützen könnten (vor Beginn einer Chemotherapie), sowie anderseits während der Therapie Information über die Veränderungen des Gewebes und der Gefäße im Tumor geben könnten.

Methoden: Für die Analyse der Gewebesignalsveränderungen (Kontrastmittel-Kinetik) ist eine hohe Zeitauflösung (schnelle Bildfolge) erforderlich, so dass TrueFISP and TurboFLASH Sequenzen am geeignetsten sind. Wichtig ist dabei, dass der Zusammenhang zwischen der Kontrastmittelkonzentration (KMK) im Gewebe und der Intensität im MRT-Bild möglichst linear ist. Nach Vergleich mit einer SR-TrueFISP-Sequenz, wird in aktuellen Studien ausschließlich eine SR-TurboFLASH-Sequenz eingesetzt, da sie einen besseren Intensitäts-KMK-Zusammenhang aufweist und somit zu genaueren Ergebnissen führt.

Farbcodierte Parameter-Karten.
Abb. 1: Farbcodierte Parameter-Karten, welche die Modell-Parameter A (links) und k21 (mitte) sowie TTP (rechts) darstellen, überlagert einem MR-Bilder der dynamischen Perfusionsserie (transversaler Schnitt, prox. Tibiametaphyse).

Die Auswertungsmethode ermöglicht, dass alle Bildpunkte einzeln ausgewertet werden können, und somit auch die räumliche Variation der Parameter in farbkodierten Bildern dargestellt werden kann. Die Ortsauflösung beträgt ca. 1,4 x 1,4 mm und die Schichtdicke 7 mm. Aus der Änderung des Gewebesignals wurden drei kurvenbeschreibende Standart-Parameter berechnet (AUC, MSE, TTP), welche relativ einfach zu bestimmen sind, jedoch nur indirekt Bezug zu Gefäß-/Gewebe-Eigenschaften haben. Daher wurde weiterführend auch ein pharmakokinetisches 2-Kompartment-Modell verwendet, um das Gewebesignal zu beschreiben, wodurch Parameter (A, k21) bestimmt werden können, die einen direkten Bezug z.B. zur Gefäßpermeabilität oder zum Extrazellularraumanteil haben.

Ergebnisse: Im Rahmen dieses Projekts wurden sowohl kindliche Tumore, als auch aktuell Rektum- oder Ösophagus-Karzinome an einem Siemens MRT Sonata (1,5T) untersucht. Mit der entwickelten Untersuchungsmethode konnte die Perfusion erfolgreich durch eine bildpunktweise Auswertung mit dem pharmakokinetischen Modell in 1 bis 3 Schichten (Bildebenen) bestimmt werden, und die jeweils sechs Parameter in farbkodierten Karten innerhalb eines Referenz-MRT-Bildes dargestellt werden. Die in der Abb. 1 oben an einem Beispiel gezeigten Parameter A, k21 und TTP zeigten sich dabei als am aussagekräftigsten.

Die modellbasierten Parameter A und k21 hängen vom Extrazellular-Raumanteil (eine Gewebeeigenschaft) bzw. von der Gefäßpermeabilität (Gefäßdurchlässigkeit) ab. Der Parameter TTP beschreibt den Zeitpunkt des Erreichens der Maximalintensität, was bei der Tumorbeurteilung hilfreich sein kann da häufig malignes Gewebe schneller anreichert (bekannt von Mamma-Karzinomen und Knochen-Tumoren).

Die Wiederholung der MRT-Messung bei Patienten unter Therapie konnte Veränderungen aufzeigen, die vielleicht Rückschlüsse auf den möglichen Erfolg einer Therapie erlauben könnten, und eventuell bereits bevor eine Größenänderung des Tumors erkennbar sind. Die Abb. 2 unten zeigt ein Beispiel einer deutlichen Veränderung bereits wenige Tage nach Beginn der Chemotherapie.

Parameterkarte für einen Nierentumor.
Abb. 2: Parameterkarte (k21) für einen Nierentumor (Wilms-Tumor). Die Nieren sind links und in der Mitte oben zu erkennen, der ovale Querschnitt des Tumors ist rechts im Bild. Links: vor Beginn der Chemotherapie. Rechts: 4 Tage nach Beginn der Chemotherapie. Eine deutliche Abnahme der Gefäßpermeabilität/-Oberfläche im Tumor ist sichtbar.

Die klinische Relevanz der erlangten Informationen muss allerdings erst durch größere Patienten-Studien belegt werden, welche derzeit laufen.