MRT bei neurodegenerativen Erkrankungen – Einblick in Praxis und Forschung
Neurodegenerative Erkrankungen umfassen ein breites Spektrum verschiedener Krankheitsbilder, zu denen unter anderem Demenz und Parkinson gehören. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung geht davon aus, dass allein von diesen beiden Diagnosen 1,8 Millionen Menschen betroffen sind.
Die Symptome der neurodegenerativen Erkrankungen fallen sehr unterschiedlich aus. Um die Veränderungen im Gehirn sichtbar zu machen, greift die Medizin heute immer wieder auf die Magnetresonanztomographie (MRT) zurück. Diese Untersuchungsmethode hat den Vorteil einer sehr guten Weichteildarstellung, die durch den Einsatz eines Kontrastmittels noch einmal verbessert werden kann.
MRT in der Diagnostik
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- MRT bietet in der Radiologie sehr hoch aufgelöste Darstellung von Weichgewebe.
- Die strukturelle Bildgebung zeigt Veränderungen in der Anatomie.
- Funktionelle Untersuchungen machen Rückstände und Diffusionsveränderungen erkennbar.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) nutzt starke Magnetfelder und Radiowellen, um die Wasserstoffprotonen im Gewebe zu beeinflussen. Diese richten sich im Magnetfeld aus und werden mit Radiofrequenzimpulsen angeregt. Die bei der Rückkehr ausgesandten Signale wertet der Magnetresonanztomograph aus. Dieser physikalische Vorgang, eignet sich nicht nur zur Darstellung von Muskeln und Bändern. Mit MRT-Scans lassen sich auch Pathologien im Gehirn sichtbar machen – etwa im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen.
Strukturelle Bildgebung
Im Rahmen der strukturellen Bildgebung mittels MRT liegt der Fokus auf der anatomischen Darstellung des Gehirns, um Veränderungen zu erkennen, die durch neurodegenerative Erkrankungen hervorgerufen werden. Sie ist damit ein essenzieller Bestandteil der Diagnostik und erlaubt eine objektive Beurteilung pathologischer Muster.
Die Radiologie wendet in diesem Zusammenhang Untersuchungsmethoden an, mit denen sich beispielsweise die pathologischen Volumenänderungen bestimmter Gehirnregionen präzise darstellen und beurteilen lassen.
Die Volumetrie wird in der Analyse neurodegenerativer Erkrankungen auf verschiedene Weise eingesetzt: Sie kann entweder als Voxel-basierte Morphometrie (VBM, Methode zur Analyse von Volumenänderungen im gesamten Gehirn) oder als Region-of-Interest-Analyse (ROI, Fokus auf spezifische Gehirnbereiche) durchgeführt werden. Besonders bei neurodegenerativen Erkrankungen ermöglicht sie die Darstellung lokal begrenzter, klinisch relevanter Volumenveränderungen.
Einige Beispiele für die Anwendung volumetrischer Analysen sind:
- Alzheimer (AD, Alzheimer Disease): Verwendung in Form der Hippocampus-Volumetrie (Verlust von Hippocampus-Volumen als früher Marker für AD und deren Fortschreiten) oder Messung im Bereich des medialen Temporallappens (Volumenminderung im entorhinalen Kortex und Parahippocampus).
- Frontotemporale Demenz (FTD): Die Erkrankung wird von einer Volumenabnahme in den frontalen und vorderen Schläfenregionen begleitet. Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Volumenveränderung mit den klinischen Symptomen.
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Hier können mithilfe volumetrischer Untersuchungen Verminderung des Volumens (Atrophie) im primären Motorkortex und dem Tractus corticospinalis (CST) sichtbar gemacht werden [1].
Mittels der MRT-Scans sucht die Radiologie nach den spezifischen Atrophiemustern für die verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen.
Funktionelle Bildgebung bei neurodegenerativen Erkrankungen
Mithilfe der funktionellen MRT-Bildgebung lässt sich die Aktivität des Gehirns sichtbar machen. Auf diese Weise kann die Medizin krankheitsspezifische Veränderungen innerhalb der neuronalen Netzwerke erkennen und analysieren.
Funktionelle MRT (fMRT)
Dank der funktionellen MRT ist es möglich, Veränderungen des Blutflusses im Gehirn über das BOLD-Signal (Blood Oxygenation Level Dependent) zu erkennen. Bei dieser Methode wird der Umstand genutzt, dass eine Steigerung des Blutflusses in aktivierten Hirnarealen einen erhöhten Sauerstoffgehalt nach sich zieht. Dieser kann wiederum mithilfe der fMRT-Scans erfasst werden. Die Methode ist bei verschiedenen Erkrankungen im Einsatz, wie:
- Alzheimer (Untersuchung gestörter funktioneller Netzwerke);
- amyotrophe Lateralsklerose (ALS);
- frontotemporale Demenz (FTD).
Medizinische Studien haben in den letzten Jahren zudem für die zervikale Myelopathie eine Relevanz der Resting-State-fMRT (RS-fMRT, Untersuchung bei geringer Gehirnaktivität) für die Diagnose erkennen lassen [2].
Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI)
Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ist eine spezielle Form der diffusionsgewichteten MRT und bestimmt die Diffusion von Wassermolekülen im Gewebe. Mit deren Hilfe lassen sich detaillierte Informationen zur Integrität der weißen Substanz gewinnen. Von Nutzen ist die DTI bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen, wie der amyotrophen Lateralsklerose oder Alzheimer und Parkinson [3].
Spezifische MRT-Befunde bei neurodegenerativen Erkrankungen
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- MRT wird heute zur Untersuchung verschiedener Erkrankungen eingesetzt.
- Mithilfe der T1- und T2-gewichteten Sequenzen lassen sich Veränderungen erkennen.
- Erkrankungen können mittels struktureller und funktioneller Aufnahmen voneinander unterschieden werden.
Die MRT stellt charakteristische morphologische und funktionelle Veränderungen bei neurodegenerativen Erkrankungen dar. Damit erlaubt sie nicht nur eine Identifizierung, sondern – zumindest teilweise – sogar eine Beurteilung des Stadiums. Die Befunde sind daher entscheidend für die Diagnostik und die Auswahl eines passenden Therapieverfahrens.
Einsatz bei Alzheimer-Krankheit
Als neurodegenerative Erkrankung wirkt sich Alzheimer auf die Gedächtnisleistung aus. Da diese im Hippocampus angesiedelt ist, ist die Erkrankung an einer Atrophie des Hippocampus erkennbar. Die MRT-Untersuchung kann eine Verdachtsdiagnose nicht nur bestätigen, sie hat auch differentialdiagnostisch viel Gewicht.
Neben dem Vorteil, die Schrumpfung des betroffenen Areals zu erkennen, ist dank der MRT-Befunde auch eine Prognose bezüglich der Alzheimer-Erkrankung möglich. Bei leichten kognitiven Beschwerden liegt die Vorhersagegenauigkeit inzwischen bei mehr als zwei Dritteln.
Ein wichtiger Ansatz ist die Verwendung der FLAIR-Sequenz (Fluid Attenuated Inversion Recovery), mit deren Hilfe sich Alzheimer und Demenz unterscheiden lassen. Bei einer Demenz, die aufgrund von Durchblutungsstörungen entsteht, sind hypertoniebedingte Veränderungen in dieser Sequenz zu erkennen.
Parkinson
Bei Parkinson kommt es zu Degenerationen im Bereich der Substantia nigra (SN). Zudem sind Veränderungen im Eisengehalt in den untersuchten Regionen zu erkennen. Mit hohen Feldstärken und T2-gewichteten MRT-Bildern lassen sich die relevanten Hirnareale auflösen.
Zudem sind nigrosomale Signalverluste (Nigrosome sind kleine Cluster dopaminerger Zellen) bei Parkinson zu erkennen. Die neurodegenerativen Prozesse betreffen die dopaminergen Neuronen, was über alle Nigrosome (1 bis 5) zu beobachten ist, aber besonders deutlich im Nigrosom-1-Bereich wird. Mit der Diffusions-Tensor-Bildgebung lassen sich weitere Veränderungen erkennen, die unter anderem den Corpus callosum und Frontallappen sowie die SN betreffen [4].
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
Bei einer ALS zeigen MRT-Bilder verschiedene Auffälligkeiten. Diese können einerseits direkt über volumetrische Analysen in den für die Motorik zuständigen Arealen identifiziert werden, andererseits auch als Diffusionsstörungen im corticospinalen Trakt (CST) in den diffusionsgewichteten MRT-Aufnahmen. Zudem lassen sich in den Gehirnwindungen Atrophien (Gewebeverluste) sowie Hypointensitäten (motor dark line, Bereich mit niedriger Intensität) in T2-gewichteten Aufnahmen nachweisen.
Frontotemporale Demenz
Im Rahmen einer frontotemporalen Demenz lassen sich in der MRT fokale Schrumpfungen im Bereich des Frontal- und Temporallappens (Stirn- und Schläfenlappen) erkennen. Diese Atrophien treten auch asymmetrisch (unter anderem bei sprachdominanten Formen) auf und werden von papierdünnen Gyri (Gehirnwindungen) begleitet.
Zu Beginn der Erkrankung können in den Aufnahmen die Krankheitszeichen schwer zu entdecken sein. Allerdings nehmen die Atrophien später deutlich zu und werden klarer sichtbar. Hinsichtlich der Lokalisation kann bereits eine erste Einordnung der Demenzform vorgenommen werden. Zur Unterscheidung bzw. Abgrenzung von Alzheimer kann eine PET-Untersuchung mit Fluordesoxyglukose erfolgen, um den hypometabolischen Bereich (Areal mit verringertem Stoffwechsel) darzustellen.
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Fortgeschrittene MRT-Techniken in der Forschung
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Die Hochfeld-MRT erreicht eine Verbesserung der Auflösung.
- Multimodale Verfahren verbessern die Diagnostik und Unterscheidung von Erkrankungen.
- Voraussichtlich wird künstliche Intelligenz die Bildauswertung in Zukunft beschleunigen.
Mit der Verbesserung der MRT erreicht die Radiologie eine zunehmend bessere Auflösung bei der Bildgebung und kann Strukturen immer feiner darstellen. Damit werden anatomische Anomalien sichtbar, die bisher in den Aufnahmen nicht klar zu erkennen waren, unter anderem durch den Einsatz von Hochfeld-MRT-Techniken.
Aber auch die Kombination verschiedener Methoden im Rahmen einer multimodalen Bildgebung und der Einsatz neuer Auswertungstechniken – Stichwort künstliche Intelligenz (KI) in der Radiologie – verbessern die Qualität der Ergebnisse.
Hochfeld-MRT-Techniken
Der Einsatz von Hochfeld-MRT-Techniken hat für die Darstellung und Auswertung der Aufnahmen im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen gleich mehrere Vorteile. Da die Auflösung mit der Feldstärke korreliert, führt eine Anpassung der Feldstärke zu einer verbesserten räumlichen Auflösung. Dadurch wird eine deutlich feinere Darstellung der Gehirnstrukturen ermöglicht, was die frühzeitige Erkennung von Pathologien begünstigt.
Von einer verbesserten Auflösung verspricht sich die Radiologie die Möglichkeit, verschiedene Proteinstrukturen und Einlagerungen zu identifizieren, um Erkrankungen des neurodegenerativen Spektrums noch früher zu erkennen. Parallel bietet dieser Aspekt auch differentialdiagnostische Vorteile, da er hilft, verschiedene Diagnosen besser voneinander abzugrenzen.
Multimodale Bildgebung
Eine wichtiger Schritt in der Diagnose neurodegenerativer Erkrankung ist der Einsatz multimodaler Bildgebungsverfahren. Hierbei werden parallel zur MRT weitere Methoden wie die Computertomographie (CT) oder die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eingesetzt. Diese sind in der Lage, Veränderungen beispielsweise über die Darstellung des Stoffwechsels zu identifizieren.
Damit kann nicht nur eine Optimierung der Untersuchungszeit erreicht werden. Die Radiologie und Nuklearmedizin sind auf diese Weise in der Lage, Gewebeunterschiede noch besser herauszuarbeiten und die Diagnose zu untermauern.
KI und Machine Learning in der MRT-Analyse
KI wird auch in der Medizin zunehmend wichtiger. Im Rahmen der Diagnose neurodegenerativer Erkrankungen übernimmt KI natürlich immer noch keine Verantwortung hinsichtlich der Diagnosestellung. Die datengestützte Erfassung der MRT-Aufnahmen bietet aber beispielsweise in der Verlaufskontrolle Potenzial, um Veränderungen schneller zu erkennen.
Durch das Erkennen pathologischer Muster und die Abgrenzung spezifischer Gehirnstrukturen kann KI die Erkrankungen schnell erfassen. Auf diese Weise hilft der Einsatz innovativer Verfahren der Radiologie dabei, zeitkritische Fragen schneller zu beantworten und die Therapie ausreichend schnell zu planen.
Die Rolle der MRT als Frühwarnsystem und in der Verlaufskontrolle
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Mit der MRT können Veränderungen in der prodromalen Phase identifiziert werden.
- Die Beobachtung des Therapiefortschritts erfolgt mit MRT-Scans.
- Eine Prädiktion ist möglich anhand verschiedener Biomarker.
Die MRT ist für die Diagnostik und Bewertung neurodegenerativer Erkrankungen inzwischen von großem Wert. Viele Erkrankungen beginnen schleichend und ohne eine klar erkennbare Symptomatik. Bei vielen Patienten verläuft dieses Prodromalstadium komplett unauffällig.
Treten erste Krankheitszeichen in Erscheinung, haben auf neuronaler Ebene bereits deutliche Veränderungen stattgefunden. Dank hochauflösender MRT-Aufnahmen und der Volumenvermessung lassen sich frühzeitig altersuntypische Abbauprozesse erkennen und geeignete Maßnahmen einleiten.
Darüber hinaus stellt die MRT-Untersuchung ihren Wert regelmäßig im Hinblick auf Verlaufskontrolle und Therapiemonitoring unter Beweis. Mit ihr lassen sich Krankheitsaktivität und Therapieeffektivität regelmäßig überprüfen. Vor dem Hintergrund, dass mit den MRT-Scans verschiedene Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen in der prodromalen Phase erkannt werden können, haben die Untersuchungen ebenfalls einen prädiktiven Wert.
Fazit: MRT trotz Herausforderungen wichtige Säule in der Diagnostik
Die MRT hat in den letzten Jahren deutliche Fortschritte gemacht, auch im Bereich der neurodegenerativen Erkrankungen. Auch wenn technische Limitationen, wie die Differenzierung zwischen Alterung und pathologischen Veränderungen, nach wie vor eine komplexe Herausforderung darstellen, hat sich die MRT-Untersuchung zu einer wichtigen Säule der Diagnostik entwickelt. Die Weiterentwicklung innovativer Verfahren, der multimodale Ansatz und die Integration moderner Auswertungsalgorithmen tragen dazu bei, die Diagnostik neurodegenerativer Erkrankungen noch präziser zu gestalten und Pathologien frühzeitig zu erkennen.
FAQ MRT bei neurodegenerativen Erkrankungen: Die wichtigsten Fragen und Antworten
Wie erkenne ich neurodegenerative Erkrankungen?
Neurodegenerative Erkrankungen äußern sich durch Symptome wie Gedächtnisverlust, motorische Einschränkungen, Sprachstörungen oder Verhaltensänderungen. Die Diagnostik besteht in der Regel aus einer Kombination aus klinischer Untersuchung, neuropsychologischen Tests und bildgebenden Verfahren wie der MRT.
Kann ich mich beim Verdacht direkt in der Radiologie behandeln lassen?
Sofern Krankheitszeichen auftreten, sollten Betroffene zunächst ihren Hausarzt aufsuchen, da die Symptome vielschichtig sein und verschiedene Ursachen haben können. Differentialdiagnostisch muss auch an Stoffwechsel- oder Hormonstörungen als mögliche Ursachen verschiedener Krankheitszeichen gedacht werden.
Wie geht es weiter, wenn tatsächlich Auffälligkeiten gefunden werden?
Über den weiteren Ablauf entscheidet der Befund. Nach der MRT werden der behandelnde Arzt/Neurologe die weitere Therapieplanung übernehmen – welche den Einsatz von Medikamenten, die Überwachung des Krankheitsverlaufs sowie Sprach- und Bewegungstherapie umfasst.
Gibt es Alternativen zur Untersuchung mit der MRT?
Radiologie und Nuklearmedizin bieten weitere Verfahren in der Diagnostik an, zu denen neben der Computertomographie (CT) und dem PET-Scan auch die DaTSCAN-Untersuchung oder eine Hirnszintigraphie gehören. Die Entscheidung treffen die Ärzte anhand des klinischen Bildes und der zu klärenden Fragestellung.
[1] Häkkinen S, Chu SA, Lee SE. Neuroimaging in genetic frontotemporal dementia and amyotrophic lateral sclerosis. Neurobiol Dis. 2020 Nov;145:105063. doi: 10.1016/j.nbd.2020.105063. Epub 2020 Sep 2. PMID: 32890771; PMCID: PMC7572920.
[2] Akimoto, H., Suzuki, H., Kan, S. et al. Resting-state functional magnetic resonance imaging indices are related to electrophysiological dysfunction in degenerative cervical myelopathy. Sci Rep 14, 2344 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-53051-x
[3] Zhang Y, Burock MA. Diffusion Tensor Imaging in Parkinson’s Disease and Parkinsonian Syndrome: A Systematic Review. Front Neurol. 2020 Sep 25;11:531993. doi: 10.3389/fneur.2020.531993. Erratum in: Front Neurol. 2020 Oct 29;11:612069. doi: 10.3389/fneur.2020.612069. PMID: 33101169; PMCID: PMC7546271.
