Mit zunehmendem Alter erfährt jeder Mensch einen allmählichen Verlust an Hirnsubstanz. Eine spezielle Magnetresonanztomographie (MRT) kann das Hirnvolumen messen und das Risiko für die Entwicklung von Alzheimer abschätzen. Präventive Maßnahmen können dieses Risiko reduzieren und die geistige Leistungsfähigkeit länger erhalten. Alzheimer-typische Veränderungen im Gehirn beginnen oft Jahre bevor erste Symptome auftreten. Der Abbau von Hirnsubstanz kann ein frühes Warnzeichen für eine neurodegenerative Erkrankung, insbesondere Morbus Alzheimer, sein.
Die Bedeutung der Magnetresonanztomographie (MRT) in der Alzheimer-Diagnostik
Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich als wichtiges Instrument in der Diagnostik der Alzheimer-Demenz etabliert. Sie dient nicht nur dazu, nicht-neurodegenerative Ursachen für kognitive Einschränkungen wie Tumore, chronische Subduralhämatome oder einen Normaldruckhydrozephalus sicher zu erkennen und zu behandeln, sondern liefert auch wertvolle Informationen über strukturelle Veränderungen im Gehirn, die zur ätiologischen Differenzierung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen. Charakteristisch für die Alzheimer-Demenz ist eine Atrophie, also eine Volumenminderung der Hippocampusregion sowie kortikaler Strukturen, insbesondere der Temporal- und Parietalregion.
Die strukturelle Magnetresonanztomographie (MRT) gilt als bevorzugte Bildgebungsmethode in der Alzheimer-Diagnostik, insbesondere zur Abklärung potenziell reversibler Ursachen einer demenziellen Erkrankung im Rahmen der Erstdiagnostik. Die MRT wird im Vergleich zu einer Computertomografie bevorzugt für die strukturelle Bildgebung im Rahmen der ätiologischen Demenzdiagnostik eingesetzt. Sie dient zur Beurteilung regionaler Atrophien, inklusive des medialen Temporallappens, und des Ausmaßes vaskulärer Läsionen in der ätiologischen Differenzialdiagnose von primären Demenzerkrankungen. Außerdem kann die MRT als ergänzendes diagnostisches Verfahren eingesetzt werden, um bei leichter kognitiver Störung (mild cognitive impairment, MCI) das Risiko für eine zukünftige Demenz abzuschätzen. Für diesen besonderen Stellenwert der MRT spricht ihre hohe Sensitivität, v. a. bei vaskulären Läsionen.
MRT-Protokolle und Sequenzen für die Alzheimer-Diagnostik
Zur Demenz- oder Alzheimer-Diagnostik werden in der neuroradiologischen Praxis spezifische MRT-Protokolle und -Sequenzen verwendet, die u. a. auf die Empfehlungen der „Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI)“ zurückgehen. Empfohlene MRT-Sequenzen sind z. B.:
- T2-FLAIR axial
- isotrope T1w 3D sagittal
- DWI axial
- T2* axial (alternativ SWI)
- T2w axial oder koronar
Mit diesen Sequenzen können jeweils unterschiedliche pathologische Aspekte abgeklärt werden, darunter vaskuläre Läsionslast, Mikroblutungen, regionale Atrophien, Beurteilung des Hippocampus und Ausschluss einer zerebralen Amyloidangiopathie.
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Visuelle Scores zur Beurteilung von Atrophien
Zur Bewertung der Hirnstrukturen und insbesondere von Atrophien anhand der akquirierten MRT-Daten empfiehlt die S3-Leitlinie visuelle Skalen (Scores) - z. B. die Scheltens-Skala für den Hippocampus oder die Fazekas-Skala für vaskuläre Läsionen. Diese beiden und weitere Scoring-Systeme kategorisieren das Ausmaß pathologischer Veränderungen auf einer jeweils spezifischen Werteskala.
Tabelle 1: Visuelle Skalen (Scores) in der Demenz-Diagnostik zur Beurteilung globaler oder regionaler Atrophien anhand von MRT-Daten
| Visuelle Skala / Score | MRT-Modalitäten | Wertebereich / pathologische Merkmale |
|---|---|---|
| MTA-Score (Medial temporal lobe atrophy) | T1w koronar definierte Schichtposition des Hippocampuscorpus auf Höhe des vorderen Ponses | 0 (normal) bis 4 (fortgeschritten) Aufschluss über Atrophien des medialen Temporallappens: Breite der Fissura choroidea Weite des Temporalhorns des Seitenventrikels Höhe der Hippocampusformation |
| ERICA (Entorhinal Cortex Atrophy) | koronare MRT-Schichten, im rechten Winkel zur Längsachse des Hirnstamms auf Höhe der Mamillarkörper | 0 (normal) bis 3 (fortgeschritten) Atrophie des entorhinalen Kortex |
| Koedam-Score | T1w sagittal und koronar T2-FLAIR axial gewichtet | 0 (normal) bis 3 (schwere Atrophie) parietale Volumenminderung |
| GCA-F-Skala (Globale kortikale Atrophie-frontal-Skala) | T1w axial | 0 (normal) bis 3 (fortgeschritten) Beurteilung frontaler Atrophien |
| FAZEKAS | T2w oder T2 FLAIR axial | 0 (normal) bis 3 (fortgeschrittene, konfluierende Läsionen) Veränderungen der weißen Substanz |
Volumetrie: Quantifizierung regionaler Atrophien und Prädiktion
Volumetrische Auswertungen der MRT-Bildgebung ergänzen diese semiquantitativen visuellen Skalen. Dazu wird das Volumen der grauen und weißen Substanz auf Basis der T1w 3D-Sequenz softwaregestützt und automatisiert bestimmt sowie segmentiert. Wichtig ist dabei eine artefaktfreie Akquisition. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) ist es möglich, pathologische Veränderungen gegenüber einer physiologischen, altersassoziierten Hirnvolumenabnahme abzugrenzen, indem die volumetrischen Daten mit einem altersentsprechenden Referenzkollektiv verglichen werden.
Darüber hinaus lässt sich die Hirnvolumenmessung auch prognostisch einsetzen. So ermöglicht die Volumetrie des Hippocampus eine Prädiktion des Übergangs einer MCI zur Alzheimer-Krankheit innerhalb der nächsten zwei bis drei Jahre mit einer Genauigkeit von bis zu 80 %. Allerdings gibt die aktuelle S3-Leitlinie für die prädiktive MRT-Anwendung nur eine schwache Empfehlung. Außerdem rät sie davon ab, „[…] automatisierte Analyseverfahren für die strukturelle MRT als einzige Methode ohne radiologisch visuelle Befundung im Rahmen der Demenz-Diagnostik einzusetzen. […]“ (Empfehlung 38).
Es gibt keinen Nachweis, dass eine Bildgebung insgesamt nützt. Wenn es aufgrund der Anamnese, dem klinischen Befund oder Labordiagnostik Hinweise auf eine spezifische Ursache gibt, ist eine Bildgebung dagegen eindeutig indiziert.
Der Hippocampus und sein Volumen bei Alzheimer
Der Hippocampus, eine für Gedächtnis und Lernen zentrale Hirnstruktur, zeigt bereits in frühen Stadien der Alzheimer-Demenz oftmals eine altersuntypische Volumenreduktion. Der Hippocampus ist eine Struktur des Gehirns, die mit dem Gedächtnis assoziiert ist und die im Alter schrumpft bzw. atrophiert. Strukturelle MRT-Scans haben sich als wichtiges Werkzeug für die Bestimmung des Hippocampusvolumens erwiesen.
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Künstliche Intelligenz (KI) in der MRT-Volumetrie
Mit der Weiterentwicklung der Bildgebungstechnologie gewinnt die KI-gestützte MRT-Volumetrie zunehmend an Bedeutung. Diese moderne Methode nutzt KI-basierte Algorithmen zur präzisen Messung von Gehirnvolumina und ermöglicht eine objektive Quantifizierung von regionalen oder globalen Atrophien. Nach Abgleich der volumetrierten Hirnareale mit normativen Datenbanken werden die Ergebnisse anschaulich in Grafiken und Zahlenwerten dargestellt. Bei MRT-Verlaufskontrollen können durch den Vergleich zeitlicher Veränderungen der Hirnvolumina die Krankheitsdynamik besser erfasst und auch subtilere Veränderungen frühzeitig erkannt werden. AI-Tools, wie AIRAscore, unterstützen die Bestimmung des Hirnvolumens.
Die Rolle der MRT bei neuen Therapieansätzen
Mit der weltweit bereits in unterschiedlichen Ländern erfolgten Zulassung neuer Therapieverfahren für die Alzheimer-Demenz und der erwarteten Einführung in Europa gewinnt die MRT-Diagnostik an weiterer Bedeutung, da die monoklonalen Antikörper gegen Amyloidplaques (Lecanemab, Donanemab) ein regelmäßiges bildgebendes Monitoring der Patient*innen erfordern. Ein wichtiger Aspekt ist die Überwachung therapieassoziierter Veränderungen, die als ARIA (Amyloid-Related Imaging Abnormalities) bezeichnet werden. Diese umfassen sowohl ödematöse Veränderungen (ARIA-E) als auch mikrohämorrhagische Läsionen (ARIA-H), die als relevante potentiell Nebenwirkungen in den klinischen Zulassungsstudien beobachtet wurden.
Die Rolle der PET/CT in der Demenzabklärung
Die PET/CT ist ein leistungsfähiges diagnostisches Verfahren in der Demenzabklärung. Sie kombiniert die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit der Computertomographie (CT), wodurch gleichzeitig funktionelle und anatomische Informationen über das Gehirn gewonnen werden. Der Einsatz verschiedener radioaktiv markierter Substanzen (Radionuklide) erlaubt sowohl eine Früherkennung der Alzheimer-Demenz (AD) als auch eine Differenzierung verschiedener Formen von Demenzerkrankungen. Unterschieden werden dabei v.a. Die PET des Gehirns mit dem Glukoseanalogon FDG wird seit Jahrzehnten in der Diagnostik von Demenzerkrankungen eingesetzt, insbesondere bei klinisch unklarem Verdacht auf eine neurodegenerative Ätiologie. Die Indikationen für die FDG-PET in der Demenzdiagnostik können grob in 3 Gruppen unterteilt werden: (1) Diagnostik, insbesondere Frühdiagnostik der Alzheimer-Krankheit, (2) Verlaufsbeurteilung und (3) Differenzialdiagnostik.
Die Beurteilung von FDG-PET-Untersuchungen setzt erhebliche Erfahrung beim Untersuchenden voraus, die heutzutage durch den Einsatz von KI-Systemen unterstützt werden, die spezielle Techniken der Bildverarbeitung mit statistischen Analysen kombinieren. Der Einsatz der FDG-PET in der Diagnostik von Demenzerkrankungen beruht auf dem Nachweis reduzierten Glukosestoffwechsels in bestimmten Gehirnarealen. Dabei stellt die FDG-PET den Glukoseverbrauch dar, der in der grauen Substanz des Gehirns primär mit der synaptischen Aktivität korreliert ist. Schon im „Ruhezustand“ des Gehirns entfallen 70-80 % des Glukoseverbrauchs auf diese signalbezogene synaptische Aktivität. Störungen synaptischer Aktivität (neuronale Dysfunktion) sind potentiell ein früher Marker für neurodegenerative Erkrankungen.
Amyloid-PET/CT
Die Amyloid-PET/CT stellt ein modernes, zugelassenes Verfahren der molekularen Bildgebung dar, welches den Nachweis der für die Alzheimer-Demenz typischen Amyloid-Plaque-Ablagerungen im Gehirn in vivo ermöglicht. In der Frühdiagnostik der AD ist die Amyloid-PET der FDG-PET überlegen, da cerebrale Amyloid-Ablagerungen den FDG/PET- oder MRT-Veränderungen um Jahre vorausgehen. Die Amyloid-Bildgebung hat daher bereits diagnostischen Wert in den frühen Erkrankungsstadien, wie bei der leichten kognitiven Störung (mild cognitive impairment, MCI). Die abschließende differentialdiagnostische Einordnung von Demenzerkrankung erfordert jedoch stets die Berücksichtigung der klinischen und neuropsychologischen Untersuchungsergebnisse.Somit kann ein positiver Amyloid-Scan auf das Vorliegen einer für die AD typischen Pathologie hinweisen, ist aber nicht gleichbedeutend mit der Diagnose einer Demenz. Ein negativer Amyloid-Scan macht das Vorliegen einer AE dagegen sehr unwahrscheinlich. Die Amyloid-Bildgebung kann daher einerseits symptomatisch atypische Erscheinungsformen der AD identifizieren und andererseits auch klinisch fälschlich als Alzheimer-Demenz imponierende Erkrankungen anderer Ursache ausschließen. Einen klaren Stellenwert hat die Amyloid-Bildgebung darüber hinaus als Einschlusskriterium für neue Therapieverfahren, die sich gegen die Amyloid-Ablagerungen richten.
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Tau-PET
Die Ablagerung von Tau-Proteinen ist ein grundlegendes pathophysiologisches Merkmal vieler neurodegenerativer Demenzerkrankungen. Die Entwicklung sensitiver Tau-PET Radionuklide für die PET/CT in den letzten Jahren hat die Lokalisation von Tau-Ablagerungen in unterschiedlichen klinischen neurodegenerativen Phänotypen in vivo ermöglicht. Bei der AD sind die räumlichen Muster der Tau-Pathologie in temporalen, parietalen und frontalen Regionen mit der Neurodegeneration und klinischen Symptomatik korreliert.
Weitere Faktoren, die zum kognitiven Abbau beitragen können
- Vaskuläre Veränderungen: Reduzierter Blutfluss oder vaskuläre Schäden im Gehirn können zur kognitiven Beeinträchtigung beitragen. Dazu gehören Mikroangiopathien, Schlaganfälle oder chronisch ischämische Veränderungen.
- Neuroinflammation: Chronische Entzündungen im Gehirn werden ebenfalls zunehmend als potenzieller Beitrag zur Neurodegeneration und zum kognitiven Abbau erkannt.
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