Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch Gedächtnisstörungen, Orientierungslosigkeit und weitere kognitive Beeinträchtigungen gekennzeichnet ist. Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich als ein wichtiges Werkzeug in der Diagnostik und Überwachung der Alzheimer-Demenz etabliert. Sie ermöglicht nicht nur den Ausschluss anderer Ursachen für kognitive Einschränkungen, sondern liefert auch wertvolle Informationen über strukturelle Veränderungen im Gehirn, die zur ätiologischen Differenzierung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen.
Einführung
Die Diagnose der Alzheimer-Krankheit stützt sich auf eine Kombination aus klinischer Beurteilung, neuropsychologischen Tests und bildgebenden Verfahren. Die MRT spielt dabei eine zentrale Rolle, da sie detaillierte Einblicke in die Gehirnstruktur ermöglicht und somit zur Früherkennung und Differenzialdiagnose beiträgt.
Hippocampusatrophie als Marker der Alzheimer-Krankheit
Charakteristisch für die Alzheimer-Demenz ist eine Atrophie, also eine Volumenminderung der Hippocampusregion sowie kortikaler Strukturen, insbesondere der Temporal- und Parietalregion. Der Hippocampus, eine für Gedächtnis und Lernen zentrale Hirnstruktur, zeigt bereits in frühen Stadien der Alzheimer-Demenz oftmals eine altersuntypische Volumenreduktion.
Forschungsprojekt zur Hippocampusatrophie
Ein abgeschlossenes Forschungsprojekt der Universität Leipzig und der Freien Universität Amsterdam (Laufzeit: 2002-2004, Fördersumme: 68.000,00 Euro) untersuchte die Spezifität der Hippocampusatrophie bei verschiedenen Demenzerkrankungen. Dabei wurden Patienten mit Alzheimer-Krankheit, anderen Demenzerkrankungen (Lewy-Körperchen-Demenz, Frontotemporale Lobäratrophie, Vaskuläre Demenz) sowie Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) untersucht. MRT-Aufnahmen wurden in beiden Städten erstellt und ausgewertet.
Die Ergebnisse des Projekts deuten darauf hin, dass Hippocampusatrophie nicht nur bei AD, sondern auch bei FTLD und VaD auftritt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer umfassenden diagnostischen Abklärung, um die Ursache der Atrophie zu bestimmen.
Lesen Sie auch: Ursachen, Diagnose und Therapie der kortikalen Atrophie bei Alzheimer
Bedeutung 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.
Hochaufgelöste Bildgebung
Die Atrophiebestimmung basiert üblicherweise auf einem dreidimensionalen, T1-gewichteten Gradientenecho mit 1mm isotroper Bildauflösung. Diese Sequenz wird von unterschiedlichen Herstellern unter den Akronymen MPRAGE, IR-TFE oder "IR prep fast SPGR" standardmäßig auf ihren Geräten angeboten. Mit dieser Sequenz ist es jedoch nicht möglich, die Teilstrukturen des Hippocampus aufzulösen bzw. bei fortgeschrittener Atrophie das bereits kleine Volumen zuverlässig zu bestimmen. Hier bietet sich die Ultra-Hochfeld-MRT mit Feldstärken von 7 Tesla oder mehr durch ihre inhärent bessere Auflösung an. Allerdings ist Ultra-Hochfeld-MRT durch die stark beschränkte Verfügbarkeit keine klinisch relevante Option. Durch die Kombination einer 3D-Turbospinecho-Sequenz mit Beschleunigungsverfahren und Kippwinkelschemas zur effektiven Ausnutzung von stimulierten Echos steht heute eine Möglichkeit zur Verfügung, mit der auch bei einer Feldstärke von 3 Tesla hochaufgelöste Hirnschnitte erreicht werden können. Bei einer Auflösung von 0,5 x 0,5mm2 ist es bereits möglich, das Hippocampusvolumen exakter zu bestimmen und seine Teilstrukturen zu segmentieren. Derzeitige Forschungsaktivitäten haben zum Ziel, verfügbare Algorithmen zu verbessern, um auch die Substrukturen des Hippocampus automatisch zu segmentieren. Dies kann prinzipiell durch Registrierung zu hochaufgelösten anatomischen Atlanten, durch Modellierung der Oberflächenform oder durch maschinelles Lernen anhand von manuell generierten Segmentiervorlagen erreicht werden.
Amyloid-Bildgebung mittels MRT
Ablagerungen von Amyloid-beta(Aß)-Peptiden zählen neben den Tau-Proteinen zu den wesentlichen histopathologischen Merkmalen der AD. Diese Ablagerungen sind bereits vor der ersten klinischen Manifestation nachweisbar. Die Positronen-Emissions-Tomografie (PET) bietet derzeit als einziges bildgebendes Verfahren die Möglichkeit an, die Aß-Ablagerungen direkt darzustellen. Dabei kommen primär mit radioaktivem 11C oder 18F markierte Amyloidliganden zur Anwendung. Die beschränkte Verfügbarkeit von PET-Scannern, die relativ kurze Halbwertszeit der radioaktiven Marker und die hohen Kosten schränken jedoch die Anwendbarkeit dieser Methode stark ein. Während die MRT im Gegensatz zur PET weit verbreitet ist, besteht aufgrund des Kontrastmechanismus keine Möglichkeit, die Aß-Ablagerungen direkt darzustellen, da diese gleiche Relaxationseigenschaften wie das umliegende Gewebe besitzen. Allerdings konnte in histopathologischen Korrelationsstudien eine häufige Kolokalisation von Aß mit Fe2+ und Fe3+ nachgewiesen werden. Die Ursache der Anbindung des Eisens und der Einfluss auf die weitere Plaqueentwicklung sind dabei noch nicht ganz geklärt. Eisen ist paramagnetisch und führt lokal zu einer Änderung der magnetischen Suszeptibilität, also der Magnetisierbarkeit des Hirngewebes. Bei einer entsprechenden Eisenansammlung können diese Suszeptibilitätsänderungen mit der quantitativen Suszeptometrie erfasst und kartiert werden. In einer Korrelationsstudie, bei der Patienten mit AD gleichzeitig mit QSM bei 7 Tesla und mit 11C-PET untersucht wurden, konnte jüngst gezeigt werden, dass der Eisengehalt im Kortex mit der Aß-Beladung stark korreliert. Diese Studie zeigte klar die prinzipielle Möglichkeit auf, die MRT als nicht invasives Screeningverfahren für Aß-Akkumulation verwenden zu können. Für die technische Umsetzung dieses Konzepts bei MRT-Geräten mit 3 Tesla oder weniger sind jedoch noch weitere Entwicklungen notwendig, insbesondere auch was die erforderliche Bildauflösung im Kortex betrifft.
Diffusionstensor-Bildgebung (DTI)
Seit nun fast 20 Jahren bietet die MRT die Möglichkeit, die molekulare Beweglichkeit von Wassermolekülen im Hirngewebe zu bestimmen. Die durch Brown’sche Molekularbewegung hervorgerufene „Eigendiffusion“ wird dabei durch Zellmembranen und andere Bewegungshindernisse auf zellulärer Ebene eingeschränkt und bietet dadurch indirekt Informationen über mikrostrukturelle Gewebsveränderungen. Bei der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) wird die Beweglichkeit der Wassermoleküle in einer Serie von Untersuchungen in mehrere Raumrichtungen untersucht. Daraus lässt sich dann sowohl die Diffusivität entlang von Nervenfasern bestimmen als auch ihre räumliche Anisotropie. In mehreren Studien konnte gezeigt werden, dass bei Patienten mit AD die Richtungsabhängigkeit der Diffusivität insbesondere im Temporal- und Parietallappen verloren geht. Mit einer neuen Entwicklung ist es vor Kurzem gelungen, die sehr zeitaufwendige DTI-Bildgebung stark zu beschleunigen (um den Faktor 4-8). Diese Aufnahmetechnik ist unter dem Namen „Multiband“ oder „Simultaneous Multi-Slice (SMS)“ bekannt und nimmt anstelle von einer Schicht gleichzeitig 4-8 Schichten auf. Die dabei gewonnene Aufnahmezeit wird auch häufig dazu benutzt, die Diffusion entlang zusätzlicher Raumrichtungen zu messen, um das Bewegungsverhalten der Wassermoleküle noch exakter bestimmen zu können. Krankheitsbedingte Gewebeveränderungen lassen sich dadurch noch sensitiver erfassen.
MRT und neue Therapieansätze
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.
Lesen Sie auch: Symptome und Diagnose
Differenzialdiagnostische Bedeutung der MRT
Die MRT spielt auch eine wichtige Rolle bei der Differenzialdiagnose von Demenzerkrankungen. So können vaskuläre kognitive Beeinträchtigungen (VCI), die durch Gefäßläsionen im Gehirn verursacht werden, mittels MRT identifiziert werden. Mikroblutungen, die früher nur durch Biopsie diagnostiziert werden konnten, sind heute ebenfalls per MRT detektierbar. Da bei älteren Patienten häufig gemischte Pathologien vorliegen, ist die sorgfältige Beurteilung von Atrophie und Gefäßläsionen entscheidend für eine korrekte Diagnose.
Ergänzende Bildgebungsverfahren: PET/CT
Neben der MRT spielt auch die Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie (PET/CT) eine wichtige Rolle in der Demenzabklärung. Sie kombiniert funktionelle und anatomische Informationen und ermöglicht die Früherkennung der Alzheimer-Demenz sowie die Differenzierung verschiedener Demenzformen. Insbesondere die Amyloid-PET/CT ermöglicht den Nachweis von Amyloid-Plaque-Ablagerungen im Gehirn, die für die Alzheimer-Demenz typisch sind.
FDG-PET
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
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.
Lesen Sie auch: Symptome und Diagnose der Hirnatrophie durch Alkohol