Diffusionsgewichtete 3He-MRT bei Probanden und Patienten mit Lungenemphysem – Vorläufige Ergebnisse

Ziel: Hyperpolarisiertes ³He ist wie andere Gase und Flüssigkeiten der Selbstdiffusion durch die Brown'sche Molekularbewegung unterlegen. Nach Inhalation des ³He wird seine Selbstdiffusion in der Lunge durch Alveolar- und Atemwegswände begrenzt. Unter diesen Bedingungen ist der apparente Diffusionskoeffizient (ADC) des Gases niedriger als im freien Raum. Durch magnetresonanztomographische Messungen des ADC können Rückschlüsse auf die Größe des Gasraumes gezogen werden. Das Lungenemphysem ist eine häufige Erkrankung der Lunge, die mit einer Vergrößerung des Alveolarraumes einhergeht. Durch die Sensitivität der ³He-Diffusionsmessungen für die Größe des umgebenden Raumes ist diese Methode prinzipiell zur Bestimmung des Ausmaßes des Lungenemphysems geeignet. Ziel dieser Studie ist die Untersuchung der Anwendbarkeit der Diffusionsmessung in einem größeren Patientenkollektiv im Vergleich mit Probanden.

Material und Methoden: Insgesamt wurden in einer europäischen Multicenterstudie 47 Patienten mit Lungenemphysem (COPD, n=36, α-1-Antitrypsinmangel, n=11) und 25 Probanden mit der diffusionsgewichteten ³He-MRT untersucht. Das Mindestalter für den Studieneinschluss betrug 50 Jahre. Alle Untersuchungen wurden an klinischen 1,5 T Geräten durchgeführt (Magnetom Vision, Siemens Medical Solutions, Erlangen). Eine gespoilte Gradientenecho-Pulssequenz mit folgenden Parametern kam zum Einsatz: TE=6,0 ms, TR=16,1 ms, Flipwinkel <10°. Es wurden bipolare diffusionswichtende Gradienten mit B=3.89s/cm² geschaltet. Drei transversale Schichten in definierten Höhen (Carina, 3cm cranial und 5cm caudal) wurden in inspiratorischem Atemstillsstand nach Applikation von ca. 300ml ³He mit einem Polarisationsgrad von um 55% gemessen. Die Schichtdicke betrug 20mm, die Pixelgröße 7,3×3,7mm. Die Messungen wurden an einem handelsüblichen PC mit einer in unserem Hause geschriebenen Software, basierend auf PV-Wave (Visual Numerics, Boulder, Californien, USA) ausgewertet. Als Vergleichsmaß wurde der mittlere ADC aller abgebildeten Lungenbereiche ermittelt. Als Vergleichsmethode diente die Lungenfunktionsuntersuchung (LFT). Sowohl der ADC als auch die ermittelten Lungenfunktionswerte wurden in einen Score von 1–4 eingeteilt. Als gesund (Score 1) galten ADC-Werte bis 0,2cm²/s, Score 2 wurde bei ADC-Werten von 0,2–0,28cm²/s vergeben, Score 3 zwischen 0,29 und 0,36, und Score 4 bei Werten über 0,36cm²/s. Bei dem Score der LFT galten Verhältnisse der FEV1/FVC von über 70% als normal (Score 1), Werte darunter als pathologisch. Der Schweregrad der Scores 2–4 wurde durch die Verminderung der vorhergesagten FEV1 bestimmt, Score 2: >80%, Score 3: <80%, Score 4 <30%.

Ergebnisse: Die Verteilung der aus der diffusionsgewichteten ³He-MRT erhaltenen ADC-Scores zeigt Abbildung 1. Hervorzuheben ist, dass ein Teil der COPD-Patienten noch keine pathologische Erhöhung des ADC zeigt, während einige gesunde Probanden erhöhte Scores aufweisen. Der mittlere ADC-Score betrug bei COPD-Patienten 2,56, bei α-1-Antitrypsinmangel 2,73 und bei Probanden 1,6. Die entsprechenden Scores der LFT betrugen 3,19, 2,91 und 1,54. Die Korrelation zwischen ADC und der LFT (FEV1/VC) betrug r=0,72.

Diskussion und Schlussfolgerung: COPD-Patienten mit normalen ADC-Werten sind wahrscheinlich in einem milden Stadium, wobei hauptsächlich die obstruktive Komponente vorliegt, aber noch keine relevante Destruktion des Parenchyms. Eine abschließende Bewertung muss hier durch einen zukünftigen Vergleich der Diffusionsmessungen mit der Computertomographie erfolgen. Da bei den Probanden (Einschlusskriterium >50 Jahre) die LFT das Vorliegen leichter Pathologien aus der ADC-Messung bestätigt, ist in erster Linie von realen leichten emphysematösen Lungenveränderungen des physiologischen Alterungsprozesses als Ursache auszugehen. Die Korrelation der ADC-Werte mit der Lungenfunktion ist mit r=0,72 gut. Schlussfolgernd hat die diffusionsgewichtete ³He-MRT die Nachteile, dass nicht ventilierte Areale, die kein ³He-Signal enthalten, nicht in die Auswertung mit einbezogen werden können. Demgegenüber stehen die Vorteile, dass diese Methode keine Strahlenbelastung für die Patienten mit sich bringt und gut mit der Lungenfunktion korreliert. Eine Quantifizierung des Lungenemphysems mit der diffusionsgewichteten ³He-MRT ist möglich.

Danksagungen: Die Studie wurde unterstützt durch das EC-Framework Program 5 („PHIL“)