Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), die durch die Zerstörung der Myelinscheide, der Schutzschicht um die Nervenfasern, gekennzeichnet ist. Die Bildgebung spielt eine entscheidende Rolle bei der Diagnose, Verlaufsbeurteilung und Therapieüberwachung der MS. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die verschiedenen bildgebenden Verfahren, die bei MS eingesetzt werden, wobei der Schwerpunkt auf der Magnetresonanztomographie (MRT) liegt.
Einführung
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung, die das Gehirn und das Rückenmark betrifft. Die Erkrankung führt zu einer Schädigung der Myelinscheide, einer isolierenden Schicht, die die Nervenfasern umgibt. Diese Schädigung beeinträchtigt die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper und verursacht eine Vielzahl von neurologischen Symptomen. Die Diagnose und Überwachung der MS stützt sich stark auf bildgebende Verfahren, insbesondere die Magnetresonanztomographie (MRT).
Bildgebende Verfahren in der MS-Diagnostik
Magnetresonanztomographie (MRT)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist das wichtigste bildgebende Verfahren zur Diagnose und Verlaufskontrolle der Multiplen Sklerose (MS). Sie ermöglicht die Darstellung von Entzündungsherden (Läsionen) im Gehirn und Rückenmark. Die MRT ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem Gehirn und Rückenmark in sogenannten Schichtaufnahmen dargestellt werden. Die MRT-Befunde liefern zu Beginn der Erkrankung wichtige prognostische Informationen hinsichtlich Langzeitbehinderung, kognitiver Beeinträchtigung und individueller Krankheitsprogression.
Bedeutung der MRT in der MS-Diagnostik
Die MRT hat in den vergangenen Jahrzehnten sowohl bei der Diagnosestellung als auch bei der Verlaufskontrolle der Multiplen Sklerose (MS) kontinuierlich an Relevanz gewonnen. Die MRT-Bildgebung ermöglicht die Dokumentation der örtlichen und zeitlichen Dissemination mit einer einzigen MRT-Untersuchung bei simultaner Anwesenheit schrankengestörter und nichtschrankengestörter Läsionen in MS-typischen Lokalisationen. Auch wenn eine zeitliche Dissemination auf Basis der MRT-Befunde nicht besteht, kann der Liquorbefund (Nachweis liquorspezifischer oligoklonaler Banden) bei MR-tomographisch nachweisbarer örtlicher Dissemination zur Diagnosestellung beitragen. MRT-Verlaufsuntersuchungen sind notwendig, um auch subklinische Krankheitsaktivität zu erfassen und die Effektivität der eingeleiteten Therapie festzustellen. Diese Verlaufsuntersuchungen sollten in aller Regel in 12-monatigen Intervallen durchgeführt werden. Bei Therapieumstellung sollte nach ca. 6 Monaten ein sogenanntes Rebaselining-MRT (MRT des Gehirns ohne Kontrastmittelgabe) durchgeführt werden. Neuere Parameter der MRT durch Messung der Hirnatrophie erfassen die neurodegenerative Komponente der MS. MS-Patienten weisen im Vergleich zu gesunden Menschen eine deutlich gesteigerte jährliche Volumenminderung der grauen und weißen Substanz auf. Volumetrische Parameter der MRT haben einen prädiktiven Wert hinsichtlich der Langzeitbehinderung und der individuellen Krankheitsprogression.
MRT-Protokolle und -Sequenzen
Die MRT-Untersuchung sollte bei der Verdachtsdiagnose einer MS zur Steigerung von Spezifität und Sensitivität einheitlichen Standards entsprechen. Es besteht Konsens darüber, dass dieses Protokoll zumindest dann ausgeführt wird, wenn der Zuweiser auf dem Überweisungsschein MS bzw. ein entsprechendes Synonym vermerkt. Die magnetische Feldstärke ist eine der wichtigsten MRT-Akquisitionsparameter mit Einfluss auf die Läsionsdetektion im Gehirn. Im Vergleich zu 1,5 Tesla (T) können Untersuchungen bei 3 T mehr MS-Läsionen detektieren. Auch vor dem Hintergrund der begrenzten Verfügbarkeit von 3 T-Geräten bestand daher Konsens darüber, dass eine Feldstärke von 1,5 T zur Diagnosestellung und Verlaufskontrolle der MS ausreichend ist. Auch sollte zur besseren Vergleichbarkeit der Bilder eine standardisierte Repositionierung (fixe Angulierung bzw. Kippung) der Schnittführung festgelegt werden. Aufgrund der weiten Verbreitung bestand Konsens zur bevorzugten Angulierung entlang der HYFA-Linie, welche den Unterrand der Hypophyse mit dem Fastigium des IV. Ventrikels verbindet. Grundsätzlich sollte ein minimales Zeitintervall von 5 min zwischen der Applikation von Kontrastmittel und dem Akquirieren der kontrastmittelgestützten Sequenzen eingehalten werden. Es sollten nur noch makrozyklische gadoliniumbasierte Kontrastmittel verwendet werden, da in ihnen - im Vergleich zu linearen Kontrastmitteln - das Gadolinium besser gebunden vorliegt, was eine Anreicherung im Körper weniger wahrscheinlich macht. Bei der Erstuntersuchung sollten bestimmte Sequenzen durchgeführt werden. Alle 2‑D-Aufnahmen sind mit einer Schichtdicke von 3 mm und einer In-plane-Auflösung von 1 × 1 mm zu akquirieren. Für 3‑D-Sequenzen wird eine gemessene Voxelgröße von 1 × 1 × 1 mm empfohlen. Bei der Erstuntersuchung sollte stets die KM-Gabe vor der FLAIR-Sequenz und vor der axialen T2-Sequenz erfolgen; so kann die Zeit der T2-Sequenz genutzt werden, um eine ausreichende Verzögerung vor Anfertigung der Post-KM-T1-Sequenz zu gewährleisten. Sowohl 2‑D- wie auch 3‑D-Sequenzen sind möglich, 3‑D-Sequenzen sind jedoch zu bevorzugen.
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Kontrastmittelverstärkte MRT
Durch die zusätzliche Gabe von Kontrastmittel kann die Qualität der MRT-Aufnahmen erhöht werden: Da sich das Kontrastmittel bevorzugt in kürzlich entstandenen Entzündungsherden ablagert, können Aussagen über den aktuellen Krankheitsverlauf getroffen werden. Bei der Erstuntersuchung zur Abklärung einer MS sollte stets eine MRT der kompletten spinalen Achse durchgeführt werden. Die Untersuchung sollte das gesamte Myelon einschließlich des Conus medullaris abbilden und wenn möglich als Gesamtaufnahme durchgeführt werden (keine Abschnittsuntersuchungen). Eine Untersuchung mit 1,5 T und 3 mm Schichtdicke ist hierfür ausreichend. Die Gabe von Kontrastmittel ist bei der Erstuntersuchung zur Klärung der Diagnose MS sinnvoll. Zeigen sich Läsionen im Myelon, so sollten weitere axiale Aufnahmen durch die Läsion und Post-KM-T1-gewichtete Aufnahmen generiert werden. Spinale MRT Untersuchungen zur Beurteilung der Therapieeffektivität werden im Allgemeinen nicht empfohlen, können aber erwogen werden, wenn dies individuell für sinnvoll erachtet wird. Für etwaige Verlaufsuntersuchungen, ist die Gabe von Kontrastmittel in den meisten Fällen nicht zielführend und sollte vermieden werden. Die Indikation der Kontrastmittelgabe sollte vom behandelnden Neurologen vor dem Hintergrund der sich daraus ergebenen klinischen Konsequenz dokumentiert werden und interdisziplinär mit dem verantwortlichen (Neuro)radiologen besprochen werden, da letzterer die Endverantwortung für die Kontrastmittelgabe trägt.
MRT zur Überwachung therapieassoziierter Komplikationen
Neben der magnetresonanztomographischen regelmäßigen Verlaufskontrolle zur Feststellung der Krankheitsaktivität dient die MRT dem Sicherheitsmonitoring hinsichtlich therapieassoziierter Komplikationen, wie beispielsweise zur frühen Feststellung einer progressiven multifokalen Leukenzephalopathie (PML) unter einer Therapie mit Natalizumab. Hierzu sollte in der Anforderung der Vermerk „verkürztes PML-Protokoll“ angegeben sein. Das Protokoll macht nur Sinn, wenn die Untersuchung alle 3 bis 6 Monate durchgeführt wird.
Standardisierung der MRT-Bildgebung
Obwohl standardisierte MRT-Protokolle bei der MS schon länger international konsentiert werden, sind enge Kooperationen zwischen Radiologen und Neurologen im klinisch Alltag selten und die Bildgebung ist kaum vereinheitlicht. Dies hat potenziell negative Auswirkungen auf die Qualität der Versorgung von Menschen mit MS. So schränkt beispielhaft die fehlende Vergleichbarkeit von MRT-Bildern im Verlauf die Aussagekraft bezüglich der paraklinischen Krankheitsaktivität ein und fehlende präzise klinische Angaben und Fragestellungen sowie Voraufnahmen erschweren die Befunderstellung durch den Radiologen. Neben den potenziell negativen Folgen für die Krankenversorgung sprechen darüber hinaus medizinökonomische Aspekte für eine (regionale) Harmonisierung der MRT-Bildgebung bei MS. Es wurde ein Projekt zur Standardisierung und Harmonisierung der MRT-Bildgebung bei MS-Patienten auf regionaler Ebene durchgeführt. Dazu wurden im Großraum Essen gemeinsam zwischen Neurologen und (Neuro)radiologen im Rahmen mehrerer strukturierter Treffen Konsensuskriterien verabschiedet. Ein Fragenkatalog zur Standardisierung der Bildakquisition, Interpretation, Befundübermittlung und zu weiteren Aspekten zur Verbesserung der interdisziplinären Zusammenarbeit wurde im Expertenkreis diskutiert. Grundlage des Konsenses waren die aktuellen wissenschaftlichen Untersuchungen zur Magnetresonanztomographie bei der MS sowie praktische Überlegungen zur technischen Verfügbarkeit und der Durchführbarkeit in Anbetracht wirtschaftlicher und zeitlicher Aspekte.
Anforderungen an den Befund
Um die Arbeit des Neuro‑/Radiologen bei der Befundung, insbesondere bei Verlaufsuntersuchungen, zu vereinfachen und eine hohe Befundqualität zu ermöglichen, sollte der Anfordernde obligatorische Mindestangaben zur Fragestellung, zu der zugrunde liegenden Symptomatik, der aktuellen Krankheitsaktivität sowie zur MS-Verlaufsform zur Verfügung stellen. Für viele Neurologen besteht keine Möglichkeit, die zahlreichen magnetresonanztomographischen Untersuchungen selbst eingehend zu sichten und zu befunden. Häufig ist im ambulanten Setting selbst für Erstuntersuchungen nicht die Zeit, die Aufnahmen persönlich detailliert in Augenschein zu nehmen. Allgemein sind für den Neurologen Angaben zu Größe, Konfiguration, Lokalisation und Anzahl der T2-Läsionen relevant, da die quantitative Bewertung der T2-Läsionslast einen guten prognostischen Parameter für die Krankheitsaktivität und den Verlauf der Erkrankung darstellt. Auch die Bewertung schrankengestörter Läsionen nach Gabe von Kontrastmittel, wie z. B. im Rahmen der Erstuntersuchung, ist zur Abschätzung der Krankheitsaktivität relevant. Auch die visuelle semiquantitative Abschätzung der Hirnatrophie kann unter bestimmten Umständen therapeutische Entscheidungen beeinflussen. Die magnetresonanztomographischen Verlaufsuntersuchungen bewerten insbesondere die Zunahme der Läsionslast und das Vorhandensein schrankengestörter Läsionen.
Computertomographie (CT)
Die Computertomographie (CT) ist eine Röntgenuntersuchung, bei der jeweils eine bestimmte Schicht des Körpers abgebildet wird. Das Aufnahmegerät wird um die jeweiligen Körperstellen herumgeführt, um sie von allen Seiten zu durchleuchten. Mittels CT können Blutungen, Wucherungen, Knochenbrüche oder Entzündungen dargestellt werden.
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Ultraschall (Sonographie)
Bei der Ultraschalldiagnostik (Sonographie) handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren, bei dem mittels Schallwellen organisches Gewebe dargestellt werden kann. Hier werden mittels Ultraschall innere Organe wie z. B. Schilddrüse, Leber, Gallenblase, Bauchspeicheldrüse, Nieren, Milz, Aorta, Harnblase, Prostata, Uterus, Eierstöcke oder Hoden untersucht. Bei der farbkodierten Duplexsonographie (FKDS) können Gefäßveränderungen und Durchblutungsstörungen diagnostiziert werden. Untersucht werden neben den hirnversorgenden Arterien auch Leber, Nieren, Bauchaorta, Arme und Beine - besonders wichtig bei der Abklärung von Thrombosen im venösen Gefäßsystem unter Cortisontherapien.
Suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung (SWI)
Die suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung (SWI) hat in den letzten Jahren einen hohen Stellenwert im Rahmen von wissenschaftlichen Fragestellungen erfahren. Das Verfahren kombiniert die Magnituden- und Phaseninformation einer räumlich hochaufgelösten 3D Gradientenechosequenz (GRE) und beruht auf dem Prinzip der „Blut-Sauerstoff-abhängigen Bildgebung“ (blood-oxygen-level-dependent; BOLD). Die SWI Bildgebung nutzt dabei kleinste Unterschiede der magnetischen Suszeptibilität zwischen venösem (desoxygeniertem) und arteriellem (oxygeniertem) Blut aus, um einen spezifischen Kontrast zu generieren. Ursprünglich wurde dieses Verfahren zur nichtinvasiven Darstellung von venösen Gefäßen entwickelt. Durch die Möglichkeit, Venen und Eisenablagerungen darzustellen, ist diese Methode auch in der Multiplen Sklerose sehr interessant. Histopathologische Studien zeigen, dass akute MS Läsionen durch perivaskuläre Infiltrate von eisenhaltigen Makrophagen, T-Lymphozyten, sowie auch weniger B-Lymphozyten und Plasmazellen gekennzeichnet sind. In einer longitudinalen Studie bei Patienten mit schubförmiger Multipler Sklerose konnte gezeigt werden, dass sich eine zentrale Vene in 74% der untersuchten akuten MS Läsionen findet.
Quantitative MRT-Techniken
Konventionelle MRT hat einen zentralen Stellenwert bei der Diagnose von MS und der Beurteilung von sub-klinischer Krankheitsaktivität, zeigt jedoch nur eine geringe Korrelation mit dem klinischen Status der Behinderung. Die konventionelle MRT erlaubt insbesondere keine spezifische Erfassung des Erhaltungszustandes des Myelins, d.h. sowohl Demyelinisierung als auch Remyelinisierung können mittels konventioneller MRT-Techniken bisher nur eingeschränkt quantifiziert werden, sodass zugrunde liegende pathologische Prozesse und deren Dynamik nicht ausreichend reflektiert werden. Neue quantitative MR Bildgebungstechniken wie die multi-component magnetic resonance Driven Equilibrium Single Pulse Observation of T1/T2 (mcDESPOT) werden in der klinischen Forschung in Substudien eingesetzt. Diese nicht-invasive MR Technik erlaubt die quantitative Beurteilung der Myelinisierung der weißen Hirnsubstanz und eröffnet neue Möglichkeiten, um in-vivo die Entwicklung demyelinisierender Erkrankungen der weißen Substanz insbesondere bei Multiple Sklerose zu untersuchen. Das erforderliche post-processing der Messdaten für die Berechnung von quantitativen Myelin-Wasser-Fraktions Karten (MWF) wird von wissenschaftlichen Mitarbeitern durchgeführt. Forschungsschwerpunkte liegen in der Phänotypisierung von MS-Läsionen, der Untersuchung der Läsionsentwicklung im zeitlichen Verlauf zum Teil unter Einfluss von immunmodulierenden Medikamenten, die Erfassung von kortikalen Läsionen, die Erfassung von diffusen demyelinisierenden Veränderungen der normal erscheinenden weißen Hirnsubstanz insbesondere bei Patient*innen unter sekundärer Progression und die spinale Bildgebung.
Hochauflösende Mikroskopie
Göttinger und Heidelberger Forscher entwickeln ein höchstauflösendes Mikroskopieverfahren zur Untersuchung von Schädigungen an Nervenzellen und deren Fortsätzen im Gehirn bei Multipler Sklerose. Die Ursachen und Entstehungsmechanismen der vielfältigen körperlichen Beeinträchtigungen und Behinderungen im Verlauf der Multiplen Sklerose (MS) sind nicht genau geklärt. Dazu fehlt der Grundlagenforschung bislang die geeignete Bildgebung. Mit diesem Ansatz sollen kleinste, MS-typische Schädigungen an Nervenzellen und ihre räumlichen Zusammenhänge im Gehirn erstmals in 3D und in höchster Auflösung auf der Nanometer-Skala sichtbar werden. Auch molekulare und immunologische Abläufe, die zur Schädigung von Nervenzellen und deren Fortsätzen bei der MS führen, hoffen die Forscher mit der neuen hochauflösenden Mikroskopie aufzudecken. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, eine gezielte Diagnostik und neue therapeutische Ansätze zu entwickeln. Der neuartige Mikroskopieansatz verbindet die extrem hohe Auflösung moderner Elektronen-Mikroskopie mit der superhoch-auflösenden STED Lichtmikroskopie, die vom Göttinger Nobelpreisträger Stefan Hell entwickelt wurde. „Wir brauchen dringend eine Bildgebung, die uns Erkenntnisse über die kleinsten Schädigungen in der grauen Substanz des Gehirns, insbesondere der Großhirnrinde bringt. Solche Schädigungen an den Nervenzellen sowie ihren Nervenfasern und Verbindungen stören die Kommunikation des Nervenzellnetzwerks. Es gibt einen klaren Zusammenhang mit fortschreitender Behinderung und Veränderungen der grauen Substanz bei MS. Die wichtige Bedeutung von Schädigungen in diesem Gehirnareal für den Verlauf der Krankheit wurde erst vor einigen Jahren entdeckt”, sagt Prof. Dr. Wolfgang Brück, Direktor des Instituts für Neuropathologie an der UMG. Viele Strukturen der Nervenzellen und ihre Veränderungen bei der MS sind jedoch für die gängige Mikroskopie zu klein. „Um Schädigungen an den Nervenzellen im kleinsten Detail sichtbar zu machen, verknüpfen wir die Stärken der höchstauflösenden STED Fluoreszenzmikroskopie mit moderner 3D-Elektronenmikroskopie”, sagt Dr. Gertrude Bunt. Der räumliche Zusammenhang der kleinsten strukturellen Änderungen im Netzwerk der Nervenzellen muss in allen drei Dimensionen untersucht werden. „Diese technische Herausforderung gehen wir mit dem Einsatz neuartiger elektronenmikroskopischer, tomographischer Abbildungsverfahren an“, sagt Prof. Dr. Fred Wouters. „Unser Ziel ist die Entwicklung einer höchstauflösenden 3D-Kartierung von MS-Läsionen der Hirnrinde.
Die Rolle der Bildgebung bei der MS-Diagnose und -Überwachung
Die Bildgebung spielt eine entscheidende Rolle bei der Diagnose und Überwachung der MS. Die MRT ermöglicht es, die räumliche und zeitliche Ausbreitung der Entzündungsherde im Gehirn und Rückenmark nachzuweisen. Nach der 2010 erfolgten Revision der McDonald-Kriterien - die aktuellen Kriterien zur Diagnose von MS - gelingt der Nachweis einer zeitlichen Dissemination mittels MRT mittlerweile mit einem einmaligen Scan.
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Differenzialdiagnose
Bei der Unterscheidung zwischen MS-Läsionen und Läsionen anderer Ursache, wie beispielsweise Ischämien, kann die Bildgebung ebenfalls helfen. „Fünf bis zehn Prozent der unter 50-Jährigen haben Läsionen in der weißen Gehirnsubstanz“, unterstreicht Prof. Dr. Frederik Barkhof. Doch diese haben meist eine andere Ursache, nämlich ein Ischämie in Folge von Diabetes, Bluthochdruck oder schlicht und einfach des Alterns. Diese Läsionen freilich kommen nur in der weißen Substanz, nicht im Rückenmark vor. „Wenn nicht klar ist, ob eine Läsion im Gehirn auf MS oder eine Ischämie zurückzuführen ist, muss man einen Blick auf das Rückenmark werfen“, betont Barkhof.
Therapiemonitoring
MRT ist jedoch nicht nur für die Erstdiagnose, sondern auch für das Therapiemonitoring von entscheidender Bedeutung. „Insbesondere bei neuen Therapien besteht ein eindeutiger Bedarf nach Monitoring“, sagt Thurnher. Bestes Beispiel dafür ist der Arzneistoff Natalizumab, der die Entzündungen signifikant verringert, die Anzahl der Schübe reduziert und eine Progression der Krankheit verhindert. Dabei handelt es sich um eine schwerwiegende, potentiell tödliche Virusinfektion, die häufig bei immunsupprimierten Patienten auftritt. Die Symptome einer PML ähneln einem MS-Schub, auf klinischen Weg sind beide Erkrankungen kaum voneinander zu unterscheiden. „Mittels MRT lassen sich PML-Läsionen von fokalen MS-Läsionen unterscheiden, so dass eine etwaige PML so früh wie möglich diagnostiziert werden kann“, betont die österreichische Neuroradiologin.
Zukünftige Entwicklungen
Auch in Zukunft wird den Befundtexten weiterhin ein hoher Stellenwert zukommen, wenngleich mittelfristig einheitliche Softwarelösungen verfügbar sein werden, die zuverlässig Bilder miteinander vergleichen, Läsionen quantifizieren, vermessen und anatomisch zuordnen. Man kann davon ausgehen, dass in den nächsten Jahren weitere Bildgebungsparameter zur Diagnostik und Verlaufskontrolle bei der MS in die klinische Praxis eingeführt werden. Dazu gehören die Erfassung volumetrischer Daten (Messung der Hirn- und Rückenmarksatrophie), ggf. unterstützt durch Techniken der künstlichen Intelligenz, sowie die Quantifizierung mikrostruktureller Veränderungen einschließlich neuronaler Reparaturmechanismen (z. B. Remyelinisierung) unter spezifischen Therapien. Dadurch wird die Rolle der MRT bei der MS noch wichtiger werden. Diese neuen Techniken werden jedoch höchstwahrscheinlich nicht sofort in der Breite verfügbar sein, sondern sich zunächst auf größere Zentren beschränken. Allerdings ist es essenziell, dass auch bei limitierten Ressourcen (z. B. im niedergelassenen Bereich) eine evidenzbasierte Versorgung von MS-Patienten stattfinden kann. Dazu können solche Pilotprojekte auf regionaler Ebene beitragen.
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