„Magnetresonanzspektroskopie“ – Versionsunterschied

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[[File:PLoS ONE 0000222 g001 MRS.jpg|thumb|Magnetresonanzspektroskopie eines Abschnittes im Gehirn eines Patienten. In den drei linken MRT-Aufnahmen wird das Messgebiet durch den weißen Kasten markiert. Rechts das dazugehörige [[Kernspinresonanzspektroskopie|NMR-Spektrum]] mit den Peaks von NAA (N-Acetylaspartat) Cho (Cholin) und Cr (Creatin/Phosphocreatin)]]
[[File:PLoS ONE 0000222 g001 MRS.jpg|thumb|Magnetresonanzspektroskopie eines Abschnittes im Gehirn eines Patienten. In den drei linken MRT-Aufnahmen wird das Messgebiet durch den weißen Kasten markiert. Rechts das dazugehörige [[Kernspinresonanzspektroskopie|NMR-Spektrum]] mit den Peaks von NAA (N-Acetylaspartat) Cho (Cholin) und Cr (Creatin/Phosphocreatin)]]


Die ''bildgebende'' '''Magnetresonanzspektroskopie''' (MRS) ist ein auf der [[Kernspinresonanz]] basiertes Verfahren, mit dem im begrenzten Maße biochemische Beobachtungen ortsaufgelöst in einem Volumenelement durchgeführt werden können. Dabei können unterschiedliche [[Metabolit]]en aufgrund ihrer [[chemische Verschiebung|chemischen Verschiebung]] identifiziert und quantifiziert werden.<ref name=q1>Geppert C.: ''Methodische Entwicklungen zur spektroskopischen 1H-NMR-Bildgebung'', Cuvillier Verlag, 2005, S. 104, ISBN 3865375103; [http://books.google.de/books?id=_I4oq_enb7IC&pg=PA104&lpg=PA104&dq=Prostataspektroskopie&source=bl&ots=kh73vqF5Yj&sig=hdjfXE8GQdCY-s-tk4NChPeJZRE&hl=de&sa=X&oi=book_result&resnum=6&ct=result hier online]</ref>
Die ''bildgebende'' '''Magnetresonanzspektroskopie''' (MRS) ist ein auf der [[Kernspinresonanz]] basiertes Verfahren, mit dem im begrenzten Maße biochemische Beobachtungen ortsaufgelöst in einem Volumenelement durchgeführt werden können. Dabei können unterschiedliche [[Metabolit]]en aufgrund ihrer [[chemische Verschiebung|chemischen Verschiebung]] identifiziert und quantifiziert werden.<ref name=q1>C. Geppert: ''Methodische Entwicklungen zur spektroskopischen 1H-NMR-Bildgebung.'' Cuvillier Verlag, 2005, ISBN 3865375103, S. 104 ({{Google Buch|BuchID=I4oq_enb7IC|Seite=104}}).</ref>


== Grundlagen ==
== Grundlagen ==
Die '''Magnetresonanzspektroskopie''' ('''MRS''') leitet sich von der [[NMR-Spektroskopie]] ab und bezeichnet gewöhnlich die In-vivo-Methode zur Messung von Metaboliten-Konzentrationen in verschiedenen Geweben.<ref>Porter und Smith. Magnetic resonance spectroscopy in vivo. '' J Biomed Eng.'' 10(6), 1988, S. 562-568.</ref>
Die '''Magnetresonanzspektroskopie''' ('''MRS''') leitet sich von der [[NMR-Spektroskopie]] ab und bezeichnet gewöhnlich die In-vivo-Methode zur Messung von Metaboliten-Konzentrationen in verschiedenen Geweben.<ref>{{Literatur|Autor=D. A. Porter, M. A. Smith|Titel=Magnetic resonance spectroscopy in vivo|Sammelwerk=Journal of biomedical engineering|Band=10|Nummer=6|Jahr=1988|Seiten=562–568|Online=PMID 3070174}}</ref>
Die Sensitivität ist am höchsten für die Detektion von [[Wasserstoff]]kernen (1H) als häufigster Kern in lebenden Geweben. Es werden auch andere Isotope wie [[Phosphor]] (31P) oder [[Kohlenstoff]] (13C) angeregt, die aber in Organismen deutlicher seltener vorkommen als 1H. Daher ist die Sensitivität der MRS für diese letzteren Isotope geringer. Allerdings kann das Signal und damit die Sensitivität durch die Feldstärke der Magnetresonanztomografie-Anlage gesteigert werden. Die Feldstärke von Geräten im klinischen Einsatz reicht von 1,5 bis 3 [[Tesla (Einheit)|Tesla]].<ref>Prost. Magnetic resonance spectroscopy. ''Med Phys'' 35(10), 2008, S. 4530-4544.</ref>
Die Sensitivität ist am höchsten für die Detektion von [[Wasserstoff]]kernen (<sup>1</sup>H) als häufigster Kern in lebenden Geweben. Es werden auch andere Isotope wie [[Phosphor]] (<sup>31</sup>P) oder [[Kohlenstoff]] (<sup>13</sup>C) angeregt, die aber in Organismen deutlicher seltener vorkommen als <sup>1</sup>H. Daher ist die Sensitivität der MRS für diese letzteren Isotope geringer. Allerdings kann das Signal und damit die Sensitivität durch die Feldstärke der Magnetresonanztomografie-Anlage gesteigert werden. Die Feldstärke von Geräten im klinischen Einsatz reicht von 1,5 bis 3 [[Tesla (Einheit)|Tesla]].<ref>{{Literatur|Autor=Robert W. Prost|Titel=Magnetic resonance spectroscopy|Sammelwerk=Medical Physics|Band=35|Nummer=10|Jahr=2008|Seiten=4530–4544|DOI=10.1118/1.2975225}}</ref>


Mit Hilfe der 1H-MRS an einer klinischen Magnetresonanztomografie-Anlage können N-Acetylaspartat als neuronaler Marker oder Cholin-enthaltende Moleküle als Zellmembran-Marker nachgewiesen werden. Außerdem sind [[Laktat]] und [[Citrat]] sowie die CH2- und CH3-Gruppen von [[Lipid]]en und anderen Makromolekülen detektierbar. Die 31P-MRS dient hauptsächlich zur Untersuchung des zelluären Energiestoffwechsels, während die 13C-MRS einen Einblick in den zellulären [[Glucose]]-Stoffwechsel gewährt.<ref name=c1>Cox. Development and applications of in vivo clinical magnetic resonance spectroscopy. '' Prog Biophys Mol Biol'' 65(1-2), 1996, S. 45-81.</ref>
Mit Hilfe der <sup>1</sup>H-MRS an einer klinischen Magnetresonanztomografie-Anlage können N-Acetylaspartat als neuronaler Marker oder Cholin-enthaltende Moleküle als Zellmembran-Marker nachgewiesen werden. Außerdem sind [[Laktat]] und [[Citrat]] sowie die CH<sub>2</sub>- und CH<sub>3</sub>-Gruppen von [[Lipid]]en und anderen Makromolekülen detektierbar. Die <sup>31</sup>P-MRS dient hauptsächlich zur Untersuchung des zelluären Energiestoffwechsels, während die <sup>13</sup>C-MRS einen Einblick in den zellulären [[Glucose]]-Stoffwechsel gewährt.<ref name="c1">{{Literatur|Autor=I. Jane Cox|Titel=Development and applications of in vivo clinical magnetic resonance spectroscopy|Sammelwerk=Progress in Biophysics and Molecular Biology|Band=65|Nummer=1–2|Seiten=45–81|DOI=10.1016/S0079-6107(96)00006-5}}</ref>
Klinische Studien sind hauptsächlich an Gehirn, Skelettmuskel, Herz, Leber und Prostata durchgeführt worden.<ref name=c1 /><ref>Shukla-Dave et al. Imaging low-risk prostate cancer. ''Curr Opin Urol'' 18(1), 2008, S. 78-86.</ref> In den letzten Jahren haben klinische MRS-Studien in der Onkologie deutlich zugenommen.<ref>Spratlin et al. Clinical applications of metabolomics in oncology: a review. ''Clin Cancer Res'' 15(2), 2009, S. 431-440.</ref>
Klinische Studien sind hauptsächlich an Gehirn, Skelettmuskel, Herz, Leber und Prostata durchgeführt worden.<ref name="c1" /><ref>{{Literatur|Autor=A. Shukla-Dave, H. Hricak, P. T. Scardino|Titel=Imaging low-risk prostate cancer|Sammelwerk=Current opinion in urology|Band=18|Nummer=1|Jahr=2008|Seiten=78–86|DOI=10.1097/MOU.0b013e3282f13adc}}</ref> In den letzten Jahren haben klinische MRS-Studien in der Onkologie deutlich zugenommen.<ref>{{Literatur|Autor=J. L. Spratlin, N. J. Serkova, S. G. Eckhardt|Titel=Clinical applications of metabolomics in oncology: a review|Sammelwerk=Clinical Cancer Research|Band=15|Nummer=2|Jahr=2009|Seiten=431–440|DOI=10.1158/1078-0432.CCR-08-1059}}</ref>


==Technik==
==Technik==
Die MRS ermöglicht es, biochemische Eigenschaften von Gewebe darzustellen und Unterschiede von der physiologischen Norm zu erkennen. So enthält gutartiges Prostatagewebe mehr [[Zitrat]], aber weniger [[Cholin]] als das Entartete.<ref name=q2 /> Am lebenden Gehirn ermöglicht sie, den Stoffwechsel der [[Phospholipid]]e und energiereichen [[Phosphat]]e darzustellen.<ref name=q3>Riehemann S., e.a.: '' 31Phosphor-Magnetresonanzspektroskopie in der Schizophrenieforschung Zur Pathophysiologie des zerebralen Stoffwechsels energiereicher Phosphate und Membranphospholipide''. In: Der Nervenarzt, Springer Berlin, ISSN 0028-2804 (Print), 71/5, Mai 2000, S. 354-363; [http://www.springerlink.com/content/e7f5j7wkkeuvq2h6/ hier online]</ref>
Die MRS ermöglicht es, biochemische Eigenschaften von Gewebe darzustellen und Unterschiede von der physiologischen Norm zu erkennen. So enthält gutartiges Prostatagewebe mehr [[Zitrat]], aber weniger [[Cholin]] als das Entartete.<ref name="q2" /> Am lebenden Gehirn ermöglicht sie, den Stoffwechsel der [[Phospholipid]]e und energiereichen [[Phosphat]]e darzustellen.<ref name="q3">{{Literatur|Autor=S. Riehemann, H.P. Volz, S. Smesny, Gabriele Hübner, B. Wenda, Grit Rößger, H. Sauer|Titel=31Phosphor-Magnetresonanzspektroskopie in der Schizophrenieforschung Zur Pathophysiologie des zerebralen Stoffwechsels energiereicher Phosphate und Membranphospholipide|Sammelwerk=Der Nervenarzt|Band=71|Nummer=5|Jahr=2000|Seiten=354–363|DOI=10.1007/s001150050569}}</ref>


Bei der MRS kann ein bestimmtes Volumen, das vorher auf Übersichtsbildern positioniert wird, in einem Gewebe gemessen werden. Diese Methode wird auch als Single-Voxel-Spektroskopie (SVS) bezeichnet.<ref>Frahm et al. Localized high-resolution proton NMR spectroscopy using stimulated echoes: initial applications to human brain in vivo. ''Magn Reson Med.'' 9(1), 1989, S. 79-93.</ref>
Bei der MRS kann ein bestimmtes Volumen, das vorher auf Übersichtsbildern positioniert wird, in einem Gewebe gemessen werden. Diese Methode wird auch als Single-Voxel-Spektroskopie (SVS) bezeichnet.<ref>{{Literatur|Autor=J. Frahm, H. Bruhn, M. L. Gyngell, K. D. Merboldt, W. Hänicke, R. Sauter|Titel=Localized high-resolution proton NMR spectroscopy using stimulated echoes: Initial applications to human brain <I>in vivo</I>|Sammelwerk=Magnetic Resonance in Medicine|Band=9|Nummer=1|Jahr=1989|Seiten=79–93|DOI=10.1002/mrm.1910090110}}</ref>
Es ist auch möglich, mehrere [[Voxel]] gleichzeitig zu messen, wobei ein größeres lokalisiertes Volumen durch Phasenkodierung in mehrere kleine Volumina unterteilt wird. Diese Methode nennt sich Multivoxel-Spektroskopie oder Chemical Shift Imaging und kann in 2 oder 3 Dimensionen ausgeführt werden.<ref>Gonen et al.3D multivoxel proton spectroscopy of human brain using a hybrid of 8th-order Hadamard encoding with 2D chemical shift imaging. ''Magn Reson Med.'' 39(1), 1998, S. 34-40.</ref>
Es ist auch möglich, mehrere [[Voxel]] gleichzeitig zu messen, wobei ein größeres lokalisiertes Volumen durch Phasenkodierung in mehrere kleine Volumina unterteilt wird. Diese Methode nennt sich Multivoxel-Spektroskopie oder Chemical Shift Imaging und kann in zwei oder drei Dimensionen ausgeführt werden.<ref>{{Literatur|Autor=Oded Gonen, James B. Murdoch, Radka Stoyanova, Gadi Goelman|Titel=3D multivoxel proton spectroscopy of human brain using a hybrid of 8th-order hadamard encoding with 2D chemical shift imaging|Sammelwerk=Magnetic Resonance in Medicine|Band=39|Nummer=1|Jahr=1998|Seiten=34–40|DOI=10.1002/mrm.1910390108}}</ref>


==Einsatzbereiche==
==Einsatzbereiche==
[[Prostatakarzinom]]: Kombiniert mit einer [[Magnetresonanztomographie]] kann die dreidimensionale MRS bei übereinstimmenden Ergebnissen beider Verfahren mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 90% auf das Vorliegen von bösartig entartetem Prostatagewebe hinweisen. Die Kombination beider Verfahren kann sowohl bei der Planung von [[Biopsie]]n und Therapien der Prostata, als auch zur Kontrolle des Erfolges einer Therapie hilfreich sein.<ref name=q2>Mueller-Lisse U. G., e.a.: ''H-MR-Spektroskopie der Prostata: Ein Überblick''. In: Der Radiologe, Springer Berlin, ISSN 0033-832X, Volume 43, Number 6 / Juni 2003, S. 481-488; [http://www.springerlink.com/content/9kteveyjfcnk967g/ hier online]</ref>
[[Prostatakarzinom]]: Kombiniert mit einer [[Magnetresonanztomographie]] kann die dreidimensionale MRS bei übereinstimmenden Ergebnissen beider Verfahren mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 90 % auf das Vorliegen von bösartig entartetem Prostatagewebe hinweisen. Die Kombination beider Verfahren kann sowohl bei der Planung von [[Biopsie]]n und Therapien der Prostata, als auch zur Kontrolle des Erfolges einer Therapie hilfreich sein.<ref name="q2">{{Literatur|Autor=U. G. Mueller-Lisse, M. Scherr|Titel=1H-MR-Spektroskopie der Prostata: Ein Überblick|Sammelwerk=Der Radiologe|Band=43|Nummer=6|Jahr=2003|Seiten=481–488|DOI=10.1007/s00117-003-0902-y}}</ref>


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== Siehe auch ==
== Siehe auch ==

Version vom 17. Oktober 2009, 14:05 Uhr

Magnetresonanzspektroskopie eines Abschnittes im Gehirn eines Patienten. In den drei linken MRT-Aufnahmen wird das Messgebiet durch den weißen Kasten markiert. Rechts das dazugehörige NMR-Spektrum mit den Peaks von NAA (N-Acetylaspartat) Cho (Cholin) und Cr (Creatin/Phosphocreatin)

Die bildgebende Magnetresonanzspektroskopie (MRS) ist ein auf der Kernspinresonanz basiertes Verfahren, mit dem im begrenzten Maße biochemische Beobachtungen ortsaufgelöst in einem Volumenelement durchgeführt werden können. Dabei können unterschiedliche Metaboliten aufgrund ihrer chemischen Verschiebung identifiziert und quantifiziert werden.[1]

Grundlagen

Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) leitet sich von der NMR-Spektroskopie ab und bezeichnet gewöhnlich die In-vivo-Methode zur Messung von Metaboliten-Konzentrationen in verschiedenen Geweben.[2] Die Sensitivität ist am höchsten für die Detektion von Wasserstoffkernen (1H) als häufigster Kern in lebenden Geweben. Es werden auch andere Isotope wie Phosphor (31P) oder Kohlenstoff (13C) angeregt, die aber in Organismen deutlicher seltener vorkommen als 1H. Daher ist die Sensitivität der MRS für diese letzteren Isotope geringer. Allerdings kann das Signal und damit die Sensitivität durch die Feldstärke der Magnetresonanztomografie-Anlage gesteigert werden. Die Feldstärke von Geräten im klinischen Einsatz reicht von 1,5 bis 3 Tesla.[3]

Mit Hilfe der 1H-MRS an einer klinischen Magnetresonanztomografie-Anlage können N-Acetylaspartat als neuronaler Marker oder Cholin-enthaltende Moleküle als Zellmembran-Marker nachgewiesen werden. Außerdem sind Laktat und Citrat sowie die CH2- und CH3-Gruppen von Lipiden und anderen Makromolekülen detektierbar. Die 31P-MRS dient hauptsächlich zur Untersuchung des zelluären Energiestoffwechsels, während die 13C-MRS einen Einblick in den zellulären Glucose-Stoffwechsel gewährt.[4] Klinische Studien sind hauptsächlich an Gehirn, Skelettmuskel, Herz, Leber und Prostata durchgeführt worden.[4][5] In den letzten Jahren haben klinische MRS-Studien in der Onkologie deutlich zugenommen.[6]

Technik

Die MRS ermöglicht es, biochemische Eigenschaften von Gewebe darzustellen und Unterschiede von der physiologischen Norm zu erkennen. So enthält gutartiges Prostatagewebe mehr Zitrat, aber weniger Cholin als das Entartete.[7] Am lebenden Gehirn ermöglicht sie, den Stoffwechsel der Phospholipide und energiereichen Phosphate darzustellen.[8]

Bei der MRS kann ein bestimmtes Volumen, das vorher auf Übersichtsbildern positioniert wird, in einem Gewebe gemessen werden. Diese Methode wird auch als Single-Voxel-Spektroskopie (SVS) bezeichnet.[9] Es ist auch möglich, mehrere Voxel gleichzeitig zu messen, wobei ein größeres lokalisiertes Volumen durch Phasenkodierung in mehrere kleine Volumina unterteilt wird. Diese Methode nennt sich Multivoxel-Spektroskopie oder Chemical Shift Imaging und kann in zwei oder drei Dimensionen ausgeführt werden.[10]

Einsatzbereiche

Prostatakarzinom: Kombiniert mit einer Magnetresonanztomographie kann die dreidimensionale MRS bei übereinstimmenden Ergebnissen beider Verfahren mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 90 % auf das Vorliegen von bösartig entartetem Prostatagewebe hinweisen. Die Kombination beider Verfahren kann sowohl bei der Planung von Biopsien und Therapien der Prostata, als auch zur Kontrolle des Erfolges einer Therapie hilfreich sein.[7]

Im Rahmen der Schizophrenieforschung wird sie ebenfalls verwendet.[8]

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ C. Geppert: Methodische Entwicklungen zur spektroskopischen 1H-NMR-Bildgebung. Cuvillier Verlag, 2005, ISBN 3865375103, S. 104 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ D. A. Porter, M. A. Smith: Magnetic resonance spectroscopy in vivo. In: Journal of biomedical engineering. Band 10, Nr. 6, 1988, S. 562–568 (PMID 3070174).
  3. ↑ Robert W. Prost: Magnetic resonance spectroscopy. In: Medical Physics. Band 35, Nr. 10, 2008, S. 4530–4544, doi:10.1118/1.2975225.
  4. ↑ a b I. Jane Cox: Development and applications of in vivo clinical magnetic resonance spectroscopy. In: Progress in Biophysics and Molecular Biology. Band 65, Nr. 1–2, S. 45–81, doi:10.1016/S0079-6107(96)00006-5.
  5. ↑ A. Shukla-Dave, H. Hricak, P. T. Scardino: Imaging low-risk prostate cancer. In: Current opinion in urology. Band 18, Nr. 1, 2008, S. 78–86, doi:10.1097/MOU.0b013e3282f13adc.
  6. ↑ J. L. Spratlin, N. J. Serkova, S. G. Eckhardt: Clinical applications of metabolomics in oncology: a review. In: Clinical Cancer Research. Band 15, Nr. 2, 2009, S. 431–440, doi:10.1158/1078-0432.CCR-08-1059.
  7. ↑ a b U. G. Mueller-Lisse, M. Scherr: 1H-MR-Spektroskopie der Prostata: Ein Überblick. In: Der Radiologe. Band 43, Nr. 6, 2003, S. 481–488, doi:10.1007/s00117-003-0902-y.
  8. ↑ a b S. Riehemann, H.P. Volz, S. Smesny, Gabriele Hübner, B. Wenda, Grit Rößger, H. Sauer: 31Phosphor-Magnetresonanzspektroskopie in der Schizophrenieforschung Zur Pathophysiologie des zerebralen Stoffwechsels energiereicher Phosphate und Membranphospholipide. In: Der Nervenarzt. Band 71, Nr. 5, 2000, S. 354–363, doi:10.1007/s001150050569.
  9. ↑ J. Frahm, H. Bruhn, M. L. Gyngell, K. D. Merboldt, W. Hänicke, R. Sauter: Localized high-resolution proton NMR spectroscopy using stimulated echoes: Initial applications to human brain in vivo. In: Magnetic Resonance in Medicine. Band 9, Nr. 1, 1989, S. 79–93, doi:10.1002/mrm.1910090110.
  10. ↑ Oded Gonen, James B. Murdoch, Radka Stoyanova, Gadi Goelman: 3D multivoxel proton spectroscopy of human brain using a hybrid of 8th-order hadamard encoding with 2D chemical shift imaging. In: Magnetic Resonance in Medicine. Band 39, Nr. 1, 1998, S. 34–40, doi:10.1002/mrm.1910390108.
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