Magnetische Resonanzspektroskopie

Die Magnetresonanzspektroskopie (MR-Spektroskopie) liefert nichtinvasive Informationen über den Hirnstoffwechsel. Die Protonen-1H-MR-Spektroskopie basiert auf der „chemischen Verschiebung“ – einer Änderung der Resonanzfrequenz von Protonen, aus denen verschiedene chemische Verbindungen bestehen. Dieser Begriff wurde 1951 von N. Ramsey eingeführt, um die Unterschiede zwischen den Frequenzen einzelner Spektralpeaks zu bezeichnen. Die Maßeinheit der „chemischen Verschiebung“ ist ein Millionstel (ppm). Hier sind die wichtigsten Metaboliten und ihre entsprechenden chemischen Verschiebungswerte, deren Peaks in vivo im Protonen-MR-Spektrum bestimmt werden:

• NAA – N-Acetylaspartat (2,0 ppm);
• Cho – Cholin (3,2 ppm);
• Cr – Kreatin (3,03 und 3,94 ppm);
• ml – Myoinositol (3,56 ppm);
• Glx – Glutamat und Glutamin (2,1–2,5 ppm);
• Lac – Laktat (1,32 ppm);
• Lipid-Lipid-Komplex (0,8–1,2 ppm).

Derzeit werden in der Protonen-MR-Spektroskopie zwei Hauptmethoden eingesetzt: die Einzelvoxel- und die Multivoxel-MR-Spektroskopie (Chemical Shift Imaging). Dabei werden Spektren aus mehreren Hirnarealen gleichzeitig erfasst. Auch die multinukleare MR-Spektroskopie auf Basis der MR-Signale von Phosphor, Kohlenstoff und einigen anderen Verbindungen hat sich in der Praxis etabliert.

Bei der Einzelvoxel-1H-MR-Spektroskopie wird nur ein Bereich (Voxel) des Gehirns zur Analyse ausgewählt. Durch Analyse der Frequenzzusammensetzung im von diesem Voxel aufgezeichneten Spektrum wird die Verteilung bestimmter Metaboliten auf der chemischen Verschiebungsskala (ppm) ermittelt. Das Verhältnis der Metabolitenpeaks im Spektrum sowie die Abnahme oder Zunahme der Höhe einzelner Spektrumpeaks ermöglichen eine nicht-invasive Beurteilung der im Gewebe ablaufenden biochemischen Prozesse.

Die Multivoxel-MP-Spektroskopie erzeugt MP-Spektren für mehrere Voxel gleichzeitig und ermöglicht den Vergleich der Spektren einzelner Bereiche im Untersuchungsgebiet. Die Verarbeitung der Daten der Multivoxel-MP-Spektroskopie ermöglicht die Erstellung einer parametrischen Karte des Abschnitts, auf der die Konzentration eines bestimmten Metaboliten farblich markiert ist, sowie die Visualisierung der Metabolitenverteilung im Abschnitt, d. h. die Erstellung eines nach der chemischen Verschiebung gewichteten Bildes.

Klinische Anwendung der MR-Spektroskopie. Die MR-Spektroskopie wird derzeit häufig zur Beurteilung verschiedener volumetrischer Hirnläsionen eingesetzt. MR-Spektroskopiedaten erlauben keine zuverlässige Vorhersage des histologischen Neoplasmatyps. Die meisten Forscher sind sich jedoch einig, dass Tumorprozesse im Allgemeinen durch ein niedriges NAA/Cr-Verhältnis, einen Anstieg des Cho/Cr-Verhältnisses und in einigen Fällen das Auftreten eines Laktatpeaks gekennzeichnet sind. In den meisten MR-Studien wurde die Protonenspektroskopie zur Differentialdiagnose von Astrozytomen, Ependymomen und primitiven neuroepithelialen Tumoren eingesetzt, vermutlich um den Tumorgewebetyp zu bestimmen.

In der klinischen Praxis ist der Einsatz der MR-Spektroskopie in der postoperativen Phase wichtig, um anhaltendes Tumorwachstum, Tumorrezidiv oder Strahlennekrose zu diagnostizieren. In komplexen Fällen ist die 1H-MR-Spektroskopie neben der perfusionsgewichteten Bildgebung eine nützliche zusätzliche Methode in der Differentialdiagnostik. Charakteristisch im Spektrum der Strahlennekrose ist das Vorhandensein des sogenannten toten Peaks, eines breiten Laktat-Lipid-Komplexes im Bereich von 0,5–1,8 ppm vor dem Hintergrund einer vollständigen Reduktion der Peaks anderer Metaboliten.

Der nächste Aspekt der MR-Spektroskopie ist die Unterscheidung zwischen neu entdeckten primären und sekundären Läsionen sowie deren Abgrenzung zu infektiösen und demyelinisierenden Prozessen. Die aussagekräftigsten Ergebnisse liefert die Diagnostik von Hirnabszessen anhand diffusionsgewichteter Bilder. Im Spektrum des Abszesses sind vor dem Hintergrund fehlender Peaks der Hauptmetaboliten ein Peak des Lipid-Laktat-Komplexes sowie abszessspezifische Peaks wie Acetat und Succinat (Produkte der anaeroben Glykolyse von Bakterien), Aminosäuren Valin und Leucin (Ergebnis der Proteolyse) zu erkennen.

In der Literatur wird auch ausführlich der Informationsgehalt der MR-Spektroskopie bei Epilepsie, bei der Beurteilung von Stoffwechselstörungen und degenerativen Läsionen der weißen Substanz des Gehirns bei Kindern, bei traumatischen Hirnverletzungen, zerebraler Ischämie und anderen Krankheiten untersucht.

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