Gehirn-MRT-Gewichtung: Eine umfassende Erklärung

Die Magnetresonanztomographie (MRT) des Gehirns ist ein unverzichtbares Instrument in der modernen Medizin, das detaillierte Einblicke in die Struktur und Funktion des Gehirns ermöglicht. Verschiedene Gewichtungen in der MRT, wie T1, T2, FLAIR und DWI, bieten spezifische Informationen über den Zustand des Hirngewebes. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen MRT-Gewichtungen, ihre Anwendungen und ihre Bedeutung für die Diagnose und Überwachung verschiedener neurologischer Erkrankungen.

Grundlagen der Magnetresonanztomographie (MRT)

Die Magnetresonanztomographie (MRT), auch Kernspintomographie genannt, ist ein diagnostisches Schnittbildverfahren zur Darstellung von Organen und Geweben mit Hilfe von Magnetfeldern. Im Tomographen wird ein starkes Magnetfeld angelegt, wobei sich die Atomkerne (meist Wasserstoffkerne/Protonen) des menschlichen Körpers anhand des magnetischen Feldes ausrichten. Es folgt eine gezielte Änderung dieser Anordnung durch einen Frequenzimpuls, welcher die Atomkerne aus den Magnetfeldlinien lenkt und ihre Taumelbewegung synchronisiert. Schaltet man diesen Frequenzimpuls wieder ab, gelangen die Kerne in ihren Ausgangszustand zurück (Relaxation). Dabei wird Energie in Form von Radiowellen frei, welche durch eine Detektorspule aufgefangen und gemessen werden können. Ein Computer berechnet aus den Signalen ein Schnittbild durch den Körper, wobei die Daten nach den Kriterien der Längsrelaxationszeit (T1) und der Querrelaxationszeit (T2) analysiert werden.

Die MRT nutzt die Tatsache aus, dass sich Atomkerne um ihre eigene Achse drehen. Diese Rotation wird Kernspin genannt und erzeugt um jeden Kern ein kleines Magnetfeld. Auch die überall im menschlichen Körper vorkommenden Wasserstoffatome zeigen diesen Kernspin. Normalerweise weisen ihre Rotationsachsen in unterschiedliche Richtungen. Das ändert sich aber bei der Kernspintomografie:

Das MRT-Gerät (Kernspintomograph) ist in der Regel eine große Röhre, in die der Patient auf einer Liege hineingeschoben wird. Der ringförmige Magnettunnel erzeugt ein starkes Magnetfeld, entlang dessen sich die Wasserstoffatome im Körper des Patienten parallel ausrichten. Dann sendet das MRT-Gerät kurze Radiowellen-Impulse aus, welche die Wasserstoffatome kurzzeitig aus ihrer Position bringen. Außerdem nehmen die Atome dabei etwas Energie auf. Nach jedem Impuls kehren sie wieder in die parallele Ausrichtung zurück. Diesen Vorgang bezeichnet man als Relaxation. Die zuvor aufgenommene Energie, welche die Wasserstoffatome dabei wieder abgeben, wird aufgezeichnet. Da die verschiedenen Gewebe im Körper einen unterschiedlichen Wassergehalt aufweisen, ergeben sich unterschiedliche Signale, aus denen der Computer die MRT-Bilder berechnet.

T1-gewichtete MRT

Bei der T1-Gewichtung erscheinen zum Beispiel fetthaltige Gewebe und Strukturen (u.a. Knochenmark) heller als das umliegende Gewebe. Folglich eignet sich diese Form der Auswertung bei der anatomischen Darstellung von Organstrukturen, insbesondere nach Kontrastmittelgabe.In der T1-gewichteten Bildgebung werden Strukturen mit kurzer T1-Relaxationszeit hell dargestellt, während Strukturen mit langer T1-Relaxationszeit dunkel erscheinen. Diese Gewichtung ist besonders nützlich für die detaillierte anatomische Darstellung und die Beurteilung von Kontrastmittelanreicherungen.

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Anwendung der T1-gewichteten MRT

• Anatomische Darstellung: Detaillierte Darstellung der Gehirnstrukturen.
• Kontrastmittelverstärkung: Identifizierung von Läsionen mit erhöhter Vaskularisierung oder gestörter Blut-Hirn-Schranke, wie Tumore oder Entzündungsherde.
• Diagnose von Blutungen: Akute Blutungen können in der T1-Wichtung hyperintens (hell) erscheinen.

T1 mit Kontrastmittelgabe (KM)

Mit Hilfe von T1-gewichteten Sequenzen nach Kontrastmittelgabe (KM) werden neu entstehende fokale akut-entzündliche Gewebeveränderungen als KM-anreichernde Läsionen dargestellt. Die Kontrastmittelanreicherung in T1-gewichteten Aufnahmen hilft, aktive Entzündungsherde und Tumore zu identifizieren, da diese Bereiche eine erhöhte Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke aufweisen.

T2-gewichtete MRT

Bei der T2-Gewichtung werden wiederum Flüssigkeiten, wie Liquorräume hell dargestellt, was häufig bei der Visualisierung von Ödemen und der Abgrenzung von Zysten gegenüber soliden Tumoren Anwendung findet.In der T2-gewichteten Bildgebung werden Strukturen mit langer T2-Relaxationszeit hell dargestellt, während Strukturen mit kurzer T2-Relaxationszeit dunkel erscheinen. Diese Gewichtung ist besonders empfindlich für die Detektion von Flüssigkeitsansammlungen und pathologischen Veränderungen im Gewebe.

Anwendung der T2-gewichteten MRT

• Detektion von Ödemen: Flüssigkeitsansammlungen erscheinen hell und sind leicht zu identifizieren.
• Darstellung von Entzündungen: Entzündliche Prozesse, wie sie bei Multipler Sklerose vorkommen, zeigen sich als T2-hyperintense Läsionen.
• Abgrenzung von Zysten und Tumoren: Flüssigkeitsgefüllte Zysten sind in der T2-Wichtung hell, während solide Tumoren ein unterschiedliches Signalmuster aufweisen können.

T2-hyperintense Läsionen

T2-hyperintense Läsionen repräsentieren ein breiteres Spektrum an pathologischen Veränderungen (unter anderem Ödembildung, Demyelinisierung, axonalen Verlust). Diese Läsionen sind oft unspezifisch, können aber wichtige Hinweise auf verschiedene Erkrankungen liefern.

FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery)

FLAIR ist eine spezielle T2-gewichtete Sequenz, bei der das Signal von freiem Wasser (Liquor) unterdrückt wird. Dadurch werden pathologische Veränderungen in der Nähe der Liquorräume, wie periventrikuläre Läsionen bei Multipler Sklerose, besser sichtbar.

Anwendung der FLAIR-MRT

• Multiple Sklerose (MS): Hervorragende Darstellung von MS-Läsionen, insbesondere in der Nähe der Hirnventrikel. Auf der FLAIR-Wichtung hyperintenser Tumor in der Zentralregion rechts (primäre Tumorlokalisation) und beidseits frontal bei infiltrativem Wachstum über den Balken.
• Entzündliche Erkrankungen: Detektion von Entzündungsherden im Gehirn.
• Ödeme: Visualisierung von Ödemen, die nicht durch freies Wasser überdeckt werden.

Diffusionsgewichtete MRT (DWI)

Eine neuere Methode der Darstellung von akuten Gewebeveränderungen ist die diffusionsgewichtete-MRT (DWI), die in der frühesten Phase der Läsionsentwicklung schon eine reduzierte Wassermolekülmobilität in MS Läsionen zeigen kann. Die diffusionsgewichtete MRT (DWI) misst die Bewegung von Wassermolekülen im Gewebe. Eine eingeschränkte Diffusion, die sich als erhöhte Signalintensität in der DWI zeigt, kann auf zelluläre Schwellung oder Zytotoxizität hinweisen, wie sie bei akuten Schlaganfällen oder entzündlichen Prozessen vorkommt.

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Anwendung der DWI

• Akuter Schlaganfall: Frühe Detektion von ischämischem Gewebe durch eingeschränkte Diffusion.
• Multiple Sklerose (MS): Darstellung akuter Läsionen mit reduzierter Wassermolekülmobilität.
• Differenzierung von Abszessen und Tumoren: Abszesse zeigen typischerweise eine eingeschränkte Diffusion im Kern.

Reduzierte Diffusion in MS-Läsionen

Die reduzierte Diffusion in MS Läsionen beschreibt zunächst lediglich eine reduzierte Wassermolekülmobilität und kann mit einer relativen Gewebeintegrität einhergehen. Hierbei ist die akute Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion und des Energiestoffwechsels die Ursache für das Versagen der energieabhängigen Pumpensysteme was zu einem Anschwellen der Zellen und der verringerten Wassermolekülmobilität führt. Bei der akuten cerebralen Ischämie sind in der Frühphase diffusionsreduzierte Gewebeanteile (ohne deutliche T2-Hyperintensität) ein gut untersuchtes Phänomen und diese Gewebebereiche sind die Zielstrukturen für rekanalisierende Therapieversuche, um eine permanente Gewebeschädigung und klinische Defizite zu verhindern bzw. zu limitieren. Im günstigsten Fall besteht eine komplette Reversibilität der reduzierten Diffusion ohne permanenten Gewebeschaden. Die Störung des Energiestoffwechsels und die akute Mitochondrienfunktionsstörung bei der MS wird anders als bei der cerebralen Ischämie durch das aggressive entzündliche Milieu (proinflammatorische Zytokine wie TNF-alpha und Stickstoffmonoxid (NO)) verursacht.

Weitere MRT-Techniken und Gewichtungen

Neben den grundlegenden Gewichtungen gibt es weitere spezialisierte MRT-Techniken, die zusätzliche Informationen liefern können:

• Magnetresonanzangiographie (MRA): Die MRA bietet die Möglichkeit in der Regel unterstützt durch, aber gerade im Falle der Hirngefäß auch ohne, Gabe eines Kontrastmittels Gefäßveränderungen wie Verengungen (Stenosen), Gefäßverschlüsse und Gefäßaussackungen (Aneurysmata) der Hirngefäße sehr hoch aufgelöst und zielsicher darzustellen. Hierbei können auch Gefäßtumoren oder Gefäßkurzschlüsse sicher erkannt werden.
• Suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung (SWI): Auf der Suszeptibilitäts-gewichteten Sequenz (SWI) werden Signalabsenkungen („intratumorales Suszeptibilitäts-Signal, ITSS“) als Hinweis auf ein Glioblastom gewertet, nicht jedoch auf ein Lymphom. Man kann zudem die Oligodendrogliom-typischen Verkalkungen auf der SWI-Sequenz erkennen. Verkalkung auf der SWI-Bildgebung (gehört nicht zur Standardbildgebung).
• Perfusions-MRT: Dank Perfusion lassen sich Rezidiv und Strahlenreaktion besser unterscheiden. „Interessanterweise ist der Unterschied des CBV zwischen den einzelnen Untersuchungszeitpunkten ein besseres Maß für das Rezidiv“, so Mader, „da der Rezidivtumor ein höheres und ansteigendes CBV hat. CBV ist nicht in den RANO-Kriterien beschrieben, da diese nur die Standardbildgebung beinhalten.“
• Magnetresonanzspektroskopie (MRS): In der Spektroskopie wurde viel über „2-Hydroxyglutarat (2HG)“ publiziert, einen Marker für die Isozitratdehydrogenase (IDH)-Mutation. Die direkte Spektroskopie von 2HG ist allerdings schwierig, weil entweder Spectral Editing verwendet werden oder der Metabolit suffizient mittels eines besonderen Fit-Programmes angefittet werden muss“, erläutert Mader. Daher wurde 2017 die so genannte SPORT-Studie (Spectroscopic Prediction of GenOmics of bRain Tumors) in Freiburg geplant und beantragt, bei der Standardsequenzen und eine Standardauswertung zur Anwendung kommen.

MRT bei Multipler Sklerose (MS)

Die Darstellung akuter und chronischer Parenchymveränderungen mittels der Magnetresonanztomographie (MRT) hat für die Diagnosestellung und Therapiebegleitung einen festen Stellenwert in der Betreuung von MS Patienten. Ein echter Durchbruch gelang 1981 durch den Einsatz der Magnetresonanztomographie (MRT) bei Menschen mit MS. Ein typischer MS-Befund in der herkömmlichen Magnetresonanztomographie sind weiße Flecken, häufig an den Rändern der Hirnkammern.Neue entzündliche Erkrankungsaktivität ist durch eine erhöhte Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke gekennzeichnet.

Black Holes

Mithilfe einer speziellen MRT-Aufnahmetechnik, der sogenannten T1-Gewichtung, lassen sich Wasseransammlungen im Gehirn dunkel abbilden. Viele MS-Läsionen zeichnen sich auch auf solchen Aufnahmen hell ab. Manche Entzündungsherde erscheinen jedoch mittig schwarz und außen hell umrandet. Sie werden als Black Holes bezeichnet, denn der englische Begriff bedeutet übersetzt so viel wie "Schwarze Löcher". Die Schwarzfärbung im Rahmen dieser speziellen MRT-Technik deutet darauf hin, dass sich in der Mitte eines solchen Entzündungsherdes Liquor angesammelt hat.

MRT bei Hirntumoren

Für niedergelassene Radiologen hat Professor Irina Mader von der Schön-Klinik Vogtareuth eine sehr beruhigende Nachricht: Mit der strukturellen Bildgebung lassen sich die wesentlichen und wichtigen Aspekte von Hirntumoren bereits beurteilen. Mader vorweg. „Da die Perfusionsbildgebung von den Krankenkassen nicht übernommen wird, ist der Niedergelassene auf die Diffusion angewiesen. Vor allem isotrope 3D-Datensätze mit Gadolinium sind wichtig für die OP-Planung und die Neuronavigation. „Das hilft, Doppeluntersuchungen vermeiden“, so Mader.

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Diagnose von Hirntumoren

Wege zur Diagnose„Erst nach Feststellung von Kriterien wie dem Alter des Patienten und der Lokalisation des Tumors wendet man sich der Signalintensität der Läsion zu. Dabei weisen eine relative Signalarmut in der T2-gewichteten Sequenz und eine ADC-Signalabsenkung auf hyperzelluläre Tumore hin. „Das ist hinlänglich bekannt“, erklärt Mader.

Vasari-Kriterien

„Sie beschreiben Kriterien für die Lokalisation eines Tumors in Hirnlappen, Insel, Hirnstamm und Kleinhirn, für unterschiedliche eloquenten Areale, die Qualität der KM-Anreicherung inklusive des KM-anreichernden Anteils in Prozent. An diesem Punkt werden die Vasari-Kriterien allerdings unhandlich, weil der Prozentanteil in der Routinebefundung nicht so einfach beurteilbar ist. Daher sind diese Kriterien vor allem für Studien verwendbar“, so Mader.

Multifokal und Multizentrisch

Nichtsdestotrotz finden sich ein paar interessante Details in den Kriterien, wie die Unterscheidung zwischen multifokal und multizentrisch. „Multifokal bedeutet weitere Tumoranteile außerhalb von Haupttumor und Ödem, mit Ausbreitung entlang der Faserbahnen, während multizentrisch das Auftreten außerhalb „etablierter“ Routen, außerhalb von Haupttumor und Ödem beschreibt“, erläutert Mader. Auch das Verhältnis von nativer T1-Wichtung und FLAIR ist wichtig. „Stimmen die FLAIR-Hyperintensität und die T1-Hypointensität überein, spricht man von einem „expansiven Wachstum, ist die FLAIR-Hyperintensität größer als die T1-Hypointensität, von einem infiltrativen Wachstum. Interessant ist dies deshalb, weil infiltrative Tumoren grundsätzlich eine schlechtere Prognose haben.

SPORT-Studie

Professor Mader: „SPORT ist eine prospektive Studie an Patienten mit V. a. Gliom vor der ersten Operation, die präoperativ eine Standard-Spektroskopie erhalten.“ Die Spektren werden daraufhin den Arealen „kontrastmittel-aufnehmender Tumor“, „nicht kontrastmittel-aufnehmender Tumor, FLAIR hyperintenser Tumor“ und „normal erscheinende Substanz“ zugeordnet. „Mit der Konsole des Herstellers ist das zu realisieren, geplant ist der Einbau in ein Webtool“, verdeutlicht Mader das Projekt. Ziel ist es, mittels Deep Learning eine Unterscheidung der Gruppen „IDH wildtyp“, „IDH mutiert ohne 1p19q Codeletion“ und „IDH mutiert mit 1p19q Codeletion“ zu erlernen und später vorherzusagen.

RANO-Kriterien

In der Verlaufskontrolle greifen die mittlerweile bekannten RANO-Kriterien (Response Assessment in NeuroOncology) für High Grade Gliome, Low Grade Gliome, Metastasen und Immuntherapie. „Das RANO-Zeitfenster von 12 Wochen nach Ende der Bestrahlung sollte bekannt sein und wurde hinreichend beschrieben“, so Mader. Es besagt, dass bis 12 Wochen nach Ende der Bestrahlung eine Zunahme des kontrastmittelaufnehmenden Tumoranteils oder eine neue Kontrastmittaufnahme innerhalb des bestrahlten Volumens nicht als Progress gewertet dürfen. „Erkennen wir nach 12 Wochen eine Zunahme der Summe aller in T1 mit KM messbaren Flächenmaße von über 25 Prozent, dürfen wir von einem Progress sprechen. Unter 25 Prozent ist es eine „stable disease“, fasst Mader zusammen.

Vorteile der MRT gegenüber CT

Ein wichtiger Unterschied (MRT / CT) betrifft die Strahlenbelastung: Die Computertomografie (CT) arbeitet mit Röntgenstrahlen, was für den Patienten eine Strahlenbelastung bedeutet. Bei der Kernspintomografie hingegen werden Magnetfelder und Radiowellen erzeugt und diese bergen keine Strahlenbelastung. Die bessere Darstellbarkeit vieler Organe sowie die hohe Detailerkennbarkeit verschiedener Gewebe machen die MRT zu einer bevorzugten Methode in der Schnittbildgebung. Dabei kommt das Verfahren ohne potenziell schädliche Strahlung aus. Ein weiterer Vorteil ist die gute Visualisierung von Nerven- und Hirngewebe.

Ablauf einer MRT-Untersuchung

Im Vorfeld klärt der Arzt Sie über das Ziel der Untersuchung, den Ablauf sowie mögliche MRT-Nebenwirkungen auf. Sie erfahren auch, ob Sie zur Untersuchung nüchtern erscheinen müssen (etwa bei Dünndarm-MRT).

Für die Untersuchung müssen Sie nach Möglichkeit alle metallhaltigen und magnetisierbaren beziehungsweise elektronischen Gegenstände ablegen, also zum Beispiel Schmuck, Piercings, Schlüssel, Münzen, Haarklammern, Hörgeräte, herausnehmbaren Zahnersatz, Büstenhalter (mit Metallbügeln), Brille, Uhr, Magnetkarten (Kreditkarten), Gürtel und Handy. Das starke Magnetfeld, das vom MRT-Gerät erzeugt wird, kann solche Gegenstände erhitzen (Verbrennungsgefahr) oder wie Geschosse beschleunigen. Umgekehrt können die Gegenstände möglicherweise das Magnetfeld beeinträchtigen, was sich negativ auf die Bildqualität auswirkt.

Haben Sie einen Herzschrittmacher oder ein anderes implantiertes Gerät, sollten Sie Ihren Arzt vor der Kernspintomografie unbedingt darüber informieren. Da durch die Kernspintomographie die Funktion des empfindlichen Geräts gestört werden könnte, muss der Arzt entscheiden, ob Sie die Untersuchung überhaupt durchlaufen dürfen. Im Zweifelsfall muss er zuvor beim Hersteller nachfragen.

Außerdem können sich Metallteile im Körper bei der Kernspintomografie verschieben oder so stark erhitzen, dass Verbrennungen entstehen können. Besondere Vorsicht geboten ist deshalb bei:

• Prothesen mit Metallanteil
• Im Körper befindliche Nägel, Platten oder Schrauben (zum Beispiel nach Knochenbrüchen eingesetzt)
• Verhütungsspiralen
• Stents
• Metallsplitter, die nach Unfällen oder Schussverletzungen im Körper verblieben sind

Informieren Sie Ihren Arzt vor der Kernspintomografie auch über eventuelle Tätowierungen oder Permanent-Make-up, denn einige der Farbstoffe enthalten ebenfalls Metallpartikel. Im MRT kann es dadurch zu Hautreizungen bis hin zu Verbrennungen kommen. Normales Make-up muss eventuell vor der Kernspintomografie entfernt werden.

Für die Untersuchung müssen Sie sich auf die fahrbare, schmale Liege vor dem MRT-Gerät legen. Dann werden Sie in die Röhre geschoben. Solange die Untersuchung andauert, sollten Sie möglichst still liegen, damit scharfe Bilder erstellt werden können. Eventuell müssen Sie zwischendurch auch kurz die Luft anhalten - eine entsprechende Anweisung erhalten Sie über einen Lautsprecher.

Die MRT-Untersuchung wird von lauten Klopfgeräuschen begleitet, die durch das Zu- und Abschalten der Magnetspulen entstehen. Sie bekommen daher im Vorfeld einen Gehörschutz oder schalldichte Kopfhörer mit Musik.

MRT und Platzangst

Wenn Sie an Platzangst (Klaustrophobie) leiden, sollten Sie dies dem Arzt im Vorfeld mitteilen. Damit Sie die Enge in der Röhre besser ertragen, kann er Ihnen ein angstlösendes Medikament geben. Bei extremer Platzangst kann die Kernspintomografie auch in einer Kurzzeitnarkose durchgeführt werden. Das gilt auch für ein MRT bei Kindern. Manche Kliniken und Praxen bieten auch das sogenannte offene MRT an, bei welcher der Patient weniger beengt ist.

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