Die residuale Signalfluktuation in der BOLD-fMRT als Surrogat Marker der neurovaskulären Entkopplung bei Hirntumoren – voxelweiser Vergleich von fMRT und Perfusionsdaten

Einleitung:

Wie aus diversen Studien bekannt, ist das BOLD Signal in der Nähe von Hirntumoren häufig gestört. Dies ist vor allem auf pathologische Tumorgefäße und die daraus resultierende neurovaskuläre Entkoppelung zurückzuführen. Der BOLD-Kontrast gilt bei Hirntumorpatienten als nicht verlässlich. In dieser Studie wurde die residuale Signalfluktuation, eine Komponente des BOLD Signals, welche das Fluktuationsverhalten intakter Gefäße widerspiegelt, mit der Intensität des BOLD-Kontrastes korreliert um einen Marker für die Integrität des, an der BOLD-Antwort beteiligten Gefäßsystems zu finden.

Material/Methode:

Es wurden task fMRT- (Motorik/Sprache) und Kontrastmittel-gestützte Perfusionsaufnahmen von 17 Hirntumorpatienten angefertigt. (Durchschnittsalter: 23 – 67 Jahre (39-+13), 9 Männer). Der Tumor lag jeweils nahe des Sprachzentrums oder des mortorischen Kortex. Die Histologie ergab: 3 Glioblastome, 1 gemistozytisches Astrozytom WHO °IV, 4 Astrozytome WHO °III, 8 Astrozytome WHO °II und 1 Cavernom. Die Aufnahmen wurden präoperativ an einem 3T Philips Achieva MRI Scanner erhoben. Nach der Datenanalyse mittels SPM 5.0 wurden ROIs zirkulär um das Tumorzentrum erstellt und auf die gesunde Gegenseite gespiegelt. Die ROIs wurden auf t-Maps des BOLD-Kontrasts übertragen. Der BOLD Kontrast wurde mit der Höhe der residualen Signalfluktuation und mit dem zerebralen Blutfluss (CBF) auf Voxel-Ebene korreliert.

Ergebnisse:

Es zeigte sich eine signifikante Korrelation zwischen der Höhe des BOLD-Kontrastes und der der residualen Signalfluktuation, abhängig vom CBF. In Arealen mit sehr hohem CBF bestand eine negative Korrelation zwischen der residualen Signalfluktuation und dem BOLD-Kontrast (entspricht tumorous veränderten Regionen). Auf der gesunden Seite zeigte sich ein harmonischer Anstieg des CBF, der residualen Signalfluktuation und des BOLD-Kontrastes. Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass die residuale Signalfluktuation als Marker für die Integrität des Gefäßsystems und somit für die Beurteilung der Validität des BOLD Signals hinzugezogen werden kann.

Diskussion:

Aufgrund häufiger falsch negativer BOLD-Antworten bei Hirntumorpatienten wäre es wünschenswert, einen Marker für die Intaktheit der neurovaskulären Kopplung und somit für die Validität des BOLD-Kontrasts zu besitzen. Die vorliegende Studie zeigt, dass die residuale Signalfluktuation, eine Komponente des BOLD Signals, die unter Ruhe- und unter task-Bedingungen enthalten ist, als Marker für die Intaktheit des Gefäßsystems verwendet werden kann. Die Analyse stützt sich vor allem auf vaskuläre Veränderungen.

Quellen:

Literatur:

Fujiwara, N., Sakatani, K., Katayama, Y., Murata, Y., Hoshino, T., Fukaya, C., Yamamoto, T. Evoked cerebral blood oxygenation changes in false-negative activations in BOLD contrast functional MRI of patients with brain tumors. NeuroImage 21 (2004)

Kannurpatti, S. S., Rypma, B., Biswal B. B. Prediction of task-related BOLD fMRI with amplitude signatures of resting-state fMRI. Frontiers in systems neuroscience 6 (2012)

Pillai, J.J., Zaca, D. Comparision of BOLD Cerebrovascular Reactivity Mapping and DSC MR Perfusion Imaging for Prediction of Neurovascular Uncoupling Potential in Brain Tumors. Technol. Cancer Res Treat. 11 (2012)