Quantitative klinische kardiale MR-Spektroskopie - Optimierung und Anwendung bei Patienten mit akutem Myokardinfarkt im Rahmen einer umfassenden Analyse von Anatomie, Funktion und Metabolismus

• Main Author: Remmert, Haiko
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2008
• Subjects: NMR-Spektroskopie; Herzinfarkt; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/2897; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35643; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35643; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/2897/RemmertDiss.pdf

Die 31P-MRS ist aktuell die einzige verfügbare nicht-invasive Methode mit der der Herzmetabolismus ohne radioaktive Tracer untersucht werden kann. MRS ermöglicht Einblicke in die Energetik der ischämischen Herzkrankheit, des Herzinfarkts, der hypertrophen Kardiomyopathie oder auch der Herzklappenfehler. Ferner kann die Methode zur Überwachung des Therapieerfolgs o.g. Krankheiten genutzt werden. Gegenwärtig wird die MR-Spektroskopie, aufgrund der geringen räumlichen und zeitlichen Auflösung sowie der geringen Reproduzierbarkeit, jedoch nur in der Forschung angewendet. Die Einführung von MRT-Sytemen höherer Feldstärke, z.B. 7 Tesla, wird vermutlich eine Optimierung der Auflösung und Reproduzierbarkeit ermöglichen und damit die 31P-MRS in die klinische Diagnostik integrieren können. Die vorliegende Arbeit befasst sich neben der methodischen Weiterentwicklung und Standardisierung der MRS mit einem direkten Vergleich MR-tomographischer (LE) und MR-spektroskopischer (AW-CSI) Techniken zur Detektion von Infarktfolgen. Hierbei konnte durch die simultane Anwendung von MRS und Late Enhancement, ein bereits in der klinischen Infarktdiagnostik etabliertes Verfahren, die Aussagekraft der MR-Spektroskopie in Bezug auf die Infarktlokalisation validiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der MRS gegenüber dem Late Enhancement besteht darin, dass bereits frühzeitig pathologische Veränderungen des Metabolismus in Arealen wie dem remote, stunned oder hibernating myocardium detektiert werden können. Letztere demarkieren sich nicht beim LE. Unter Etablierung eines Segmentationsalgorithmus konnten sehr niedrige Variabilitäten bei dem verwendeten Quantifizierungsprogramm („SLOOP“) erreicht werden. Zusätzlich gelang es durch systematische Analysen die für die Auswertung der MRS benötigten Nachbearbeitungszeiten drastisch zu verkürzen. Als klinische Anwendung erfolgte die Bestimmung des kardialen Metabolismus mittels akquisitionsgewichteter 31P-3D-CSI bei Patienten mit Hinterwandinfarkt. Damit konnten erstmalig spulenferne Myokardareale (Hinterwand) hinsichtlich Veränderungen im Metabolismus erfasst werden. Veränderte PCr/γATP-ratios wurden bei Infarktpatienten gegenüber einem Kollektiv herzgesunder Probanden gefunden. Eine exakte Lokalisation der untersuchten Infarkte und damit eine Validierung der spektroskopischen Datenanalyse wurden durch den Vergleich mit den simultan aufgenommenen Late Enhancement Bildern möglich. Damit eröffnet sich in Verbindung mit zunehmend zur Verfügung stehenden Hochfeldgeräten (3T und mehr) für die MRS der Weg zu einem wichtigen klinischen Diagnostikwerkzeug zur Bestimmung von Prognoseparametern bei kardialen Erkrankungen. === 31P-MRS is currently the only available non-invasive method for examination of the heart metabolism without radioactive tracers. MRS allows insights in the energetics of ischemic heart disease, heart attack, hypertrophic cardiomyopathy or other cardiac defects. Furthermore this method can also be used for monitoring the treatment success of these aforementioned diseases. Currently MRS is only applied in research because of low reproducibility, low spatially and temporary resolution. Introduction of MR-systems with higher fields, 3 and 7 Tesla, will probably allow optimization of resolution and reproducibility for an integration of 31P-MRS in the clinical diagnostics. The present dissertation deals with methodic development, standardization of MRS and a direct comparison of MR-tomographic (late enhancement) and MR-spectroscopic techniques for detection of cardiac infarction. The significance of 31P-MRS with regards to the localization of the cardiac infarction could be validated by applying simultaneously MRS and late enhancement, a procedure which is already established in clinical diagnostics of cardiac infarction. A major benefit of MRS compared with late enhancement is the possibility to detect pathological changes of the metabolism in areas like remote, stunned or hibernating myocardium very early. These do not demarcate in late enhancement images. By establishing a segmentation algorithm very low variabilities could be achieved within the used quantification program (“SLOOP”). In addition we succeeded in reducing the postprocessing of MRS. As a clinical application, the cardiac metabolism of patients with cardiac infarction of the posterior wall was determined by using acquisition-weighted 31P-3D-CSI. For the first time this resulted in findings of changes of metabolism in myocard remotely from the coil (posterior wall). Altered PCr/γATP-ratios were found in patients with cardiac infarction compared to a collective of healthy volunteers. It was possible to get an exact localization of the cardiac infarction and to validate the spectroscopic data analysis by comparison with simultaneously acquired late enhancement images. Thus, MRS may become an important diagnostic tool for determination of prognostic factors in cardiac diseases due to an increasing availability of high field strength MRI systems (3 Tesla and more).