Skip to main content
Erschienen in: Der Radiologe 2/2016

01.02.2016 | Magnetresonanztomografie | Leitthema

Funktionelle MRT 2.0

²³Na- und CEST-Bildgebung

verfasst von: S. Haneder, Dr. S. Konstandin

Erschienen in: Die Radiologie | Ausgabe 2/2016

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Zusammenfassung

In den letzten Jahren wird die reine morphologische Magnetresonanztomographie (MRT) zunehmend von sogenannten funktionellen Bildgebungsmethoden, wie der diffusionsgewichteten Bildgebung („diffusion-weighted imaging“, DWI), flankiert, um zusätzliche Informationen über Gewebe oder pathologische Prozesse zu gewinnen. In diesem Übersichtsartikel werden 2 MR-Techniken vorgestellt, welche physiologische Prozesse im menschlichen Körper erfassen können. Im Gegensatz zu allen anderen funktionellen MR-Methoden, welche Wasserstoffprotonen für die Bildgebung verwenden, nutzt die erste vorgestellte Technik den Spin anderer Kerne für die Bildgebung und ermöglicht hierdurch eine gänzlich differente Einsicht in den menschlichen Körper. Der Fokus dieses Artikels liegt hierbei auf der 23Na-MRT, da sie aufgrund der MR-günstigen Eigenschaften des Natriumkerns momentan den Schwerpunkt der Forschung im Bereich der sogenannten X-Kern-Bildgebung darstellt.
Bei der zweiten Technik handelt es sich um ein relativ neuartiges MR-Verfahren, die Chemical-exchange-saturation-transfer(CEST)-Bildgebung, welche Austauschprozesse zwischen Protonen in Metaboliten und Protonen in freiem Wasser detektieren kann. Im ersten Teil dieses Artikels werden die technischen Grundlagen, Probleme, Vor- und Nachteile und im zweiten Teil die potenziellen klinischen Anwendungen dieser Techniken beleuchtet. Anwendungsbeispiele kommen aus dem Gebiet der zerebralen Bildgebung (z. B. Schlaganfall, Tumoren), der muskuloskelettalen Bildgebung (z. B. Arthrose, degenerative Prozesse) und der abdominellen Bildgebung (z. B. Niere, Hypertension). Beide Techniken bieten ein unglaubliches Potenzial für die Zukunft, stehen aber bislang noch an der Schwelle zum klinischen Einsatz und werden aktuell nur in ausgewählten universitären Zentren evaluiert.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Atkinson IC, Claiborne TC, Thulborn KR (2014) Feasibility of 39-potassium MR imaging of a human brain at 9.4 Tesla. Magn Reson Med 71:1819–1825CrossRefPubMed Atkinson IC, Claiborne TC, Thulborn KR (2014) Feasibility of 39-potassium MR imaging of a human brain at 9.4 Tesla. Magn Reson Med 71:1819–1825CrossRefPubMed
2.
Zurück zum Zitat Babsky AM, Hekmatyar SK, Zhang H et al (2005) Application of 23Na MRI to monitor chemotherapeutic response in RIF-1 tumors. Neoplasia 7:658–666PubMedCentralCrossRefPubMed Babsky AM, Hekmatyar SK, Zhang H et al (2005) Application of 23Na MRI to monitor chemotherapeutic response in RIF-1 tumors. Neoplasia 7:658–666PubMedCentralCrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Darasse L, Ginefri JC (2003) Perspectives with cryogenic RF probes in biomedical MRI. Biochimie 85:915–937CrossRef Darasse L, Ginefri JC (2003) Perspectives with cryogenic RF probes in biomedical MRI. Biochimie 85:915–937CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Guermazi A, Roemer FW, Alizai H et al (2015) State of the art: MR imaging after knee cartilage repair surgery. Radiology 277:23–43CrossRefPubMed Guermazi A, Roemer FW, Alizai H et al (2015) State of the art: MR imaging after knee cartilage repair surgery. Radiology 277:23–43CrossRefPubMed
6.
Zurück zum Zitat Haacke EM, Brown RW, Thompson MR et al (1999) Magnetic resonance imaging: physical principles and sequence design. J. Wiley & Sons, New York Haacke EM, Brown RW, Thompson MR et al (1999) Magnetic resonance imaging: physical principles and sequence design. J. Wiley & Sons, New York
7.
Zurück zum Zitat Haneder S, Apprich SR, Schmitt B et al (2013) Assessment of glycosaminoglycan content in intervertebral discs using chemical exchange saturation transfer at 3.0 Tesla: preliminary results in patients with low-back pain. Eur Radiol 23:861–868CrossRefPubMed Haneder S, Apprich SR, Schmitt B et al (2013) Assessment of glycosaminoglycan content in intervertebral discs using chemical exchange saturation transfer at 3.0 Tesla: preliminary results in patients with low-back pain. Eur Radiol 23:861–868CrossRefPubMed
8.
Zurück zum Zitat Haneder S, Konstandin S, Morelli JN et al (2011) Na MR imaging of the human kidneys at 3 T : before and after a water load. Radiology 260:857–865CrossRefPubMed Haneder S, Konstandin S, Morelli JN et al (2011) Na MR imaging of the human kidneys at 3 T : before and after a water load. Radiology 260:857–865CrossRefPubMed
9.
Zurück zum Zitat Henzler T, Konstandin S, Schmid-Bindert G et al (2012) Imaging of tumor viability in lung cancer: initial results using 23Na-MRI. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr 184:340–344CrossRefPubMed Henzler T, Konstandin S, Schmid-Bindert G et al (2012) Imaging of tumor viability in lung cancer: initial results using 23Na-MRI. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr 184:340–344CrossRefPubMed
10.
Zurück zum Zitat Hofmeister LH, Perisic S, Titze J (2015) Tissue sodium storage: evidence for kidney-like extrarenal countercurrent systems? Pflugers Arch 467:551–558CrossRefPubMed Hofmeister LH, Perisic S, Titze J (2015) Tissue sodium storage: evidence for kidney-like extrarenal countercurrent systems? Pflugers Arch 467:551–558CrossRefPubMed
11.
Zurück zum Zitat Jacobs MA, Ouwerkerk R, Wolff AC et al (2011) Monitoring of neoadjuvant chemotherapy using multiparametric, 23Na sodium MR, and multimodality (PET/CT/MRI) imaging in locally advanced breast cancer. Breast Cancer Res Treat 128:119–126PubMedCentralCrossRefPubMed Jacobs MA, Ouwerkerk R, Wolff AC et al (2011) Monitoring of neoadjuvant chemotherapy using multiparametric, 23Na sodium MR, and multimodality (PET/CT/MRI) imaging in locally advanced breast cancer. Breast Cancer Res Treat 128:119–126PubMedCentralCrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Juras V, Winhofer Y, Szomolanyi P et al (2015) Multiparametric MR imaging depicts glycosaminoglycan change in the achilles tendon during ciprofloxacin administration in healthy men: initial observation. Radiology 275:763–771PubMedCentralCrossRefPubMed Juras V, Winhofer Y, Szomolanyi P et al (2015) Multiparametric MR imaging depicts glycosaminoglycan change in the achilles tendon during ciprofloxacin administration in healthy men: initial observation. Radiology 275:763–771PubMedCentralCrossRefPubMed
13.
Zurück zum Zitat Konstandin S, Nagel AM (2013) Performance of sampling density-weighted and postfiltered density-adapted projection reconstruction in sodium magnetic resonance imaging. Magn Reson Med 69:495–502CrossRefPubMed Konstandin S, Nagel AM (2013) Performance of sampling density-weighted and postfiltered density-adapted projection reconstruction in sodium magnetic resonance imaging. Magn Reson Med 69:495–502CrossRefPubMed
14.
Zurück zum Zitat Konstandin S, Nagel AM (2014) Measurement techniques for magnetic resonance imaging of fast relaxing nuclei. Magn Reson Mater Phy 27:5–19CrossRef Konstandin S, Nagel AM (2014) Measurement techniques for magnetic resonance imaging of fast relaxing nuclei. Magn Reson Mater Phy 27:5–19CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Laymon CM, Oborski MJ, Lee VK et al (2012) Combined imaging biomarkers for therapy evaluation in glioblastoma multiforme: correlating sodium MRI and F-18 FLT PET on a voxel-wise basis. Magn Reson Imaging 30:1268–1278CrossRefPubMed Laymon CM, Oborski MJ, Lee VK et al (2012) Combined imaging biomarkers for therapy evaluation in glioblastoma multiforme: correlating sodium MRI and F-18 FLT PET on a voxel-wise basis. Magn Reson Imaging 30:1268–1278CrossRefPubMed
16.
Zurück zum Zitat Moon CH, Furlan A, Kim JH et al (2014) Quantitative sodium MR imaging of native versus transplanted kidneys using a dual-tuned proton/sodium (1H/23Na) coil: initial experience. Eur Radiol 24:1320–1326CrossRefPubMed Moon CH, Furlan A, Kim JH et al (2014) Quantitative sodium MR imaging of native versus transplanted kidneys using a dual-tuned proton/sodium (1H/23Na) coil: initial experience. Eur Radiol 24:1320–1326CrossRefPubMed
17.
Zurück zum Zitat Moon CH, Kim JH, Zhao T et al (2013) Quantitative 23Na MRI of human knee cartilage using dual-tuned 1H/23Na transceiver array radiofrequency coil at 7 Tesla. J Magn Reson Imaging 38:1063–1072CrossRefPubMed Moon CH, Kim JH, Zhao T et al (2013) Quantitative 23Na MRI of human knee cartilage using dual-tuned 1H/23Na transceiver array radiofrequency coil at 7 Tesla. J Magn Reson Imaging 38:1063–1072CrossRefPubMed
18.
Zurück zum Zitat Nagel AM, Laun FB, Weber MA et al (2009) Sodium MRI using a density-adapted 3D radial acquisition technique. Magn Reson Med 62:1565–1573CrossRefPubMed Nagel AM, Laun FB, Weber MA et al (2009) Sodium MRI using a density-adapted 3D radial acquisition technique. Magn Reson Med 62:1565–1573CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Nagel AM, Lehmann-Horn F, Weber MA et al (2014) In vivo 35Cl MR imaging in humans: a feasibility study. Radiology 271:585–595CrossRefPubMed Nagel AM, Lehmann-Horn F, Weber MA et al (2014) In vivo 35Cl MR imaging in humans: a feasibility study. Radiology 271:585–595CrossRefPubMed
20.
Zurück zum Zitat Neumaier-Probst E, Konstandin S, Ssozi J et al (2015) A double-tuned 1H/23Na resonator allows 1H-guided 23Na-MRI in ischemic stroke patients in one session. Int J Stroke 10(Issue Supplement A100):56–61CrossRefPubMed Neumaier-Probst E, Konstandin S, Ssozi J et al (2015) A double-tuned 1H/23Na resonator allows 1H-guided 23Na-MRI in ischemic stroke patients in one session. Int J Stroke 10(Issue Supplement A100):56–61CrossRefPubMed
21.
Zurück zum Zitat Ouwerkerk R, Bleich KB, Gillen JS et al (2003) Tissue sodium concentration in human brain tumors as measured with 23Na MR imaging. Radiology 227:529–537CrossRefPubMed Ouwerkerk R, Bleich KB, Gillen JS et al (2003) Tissue sodium concentration in human brain tumors as measured with 23Na MR imaging. Radiology 227:529–537CrossRefPubMed
22.
Zurück zum Zitat Sandstede JJW, Hillenbrand H, Beer M et al (2004) Time course of 23Na signal intensity after myocardial infarction in humans. Magn Reson Med 52:545–551CrossRefPubMed Sandstede JJW, Hillenbrand H, Beer M et al (2004) Time course of 23Na signal intensity after myocardial infarction in humans. Magn Reson Med 52:545–551CrossRefPubMed
23.
Zurück zum Zitat Schepkin VD, Elumalai M, Kitchen JA et al (2014) In vivo chlorine and sodium MRI of rat brain at 21.1 T. Magn Reson Mater Phy 27:63–70CrossRef Schepkin VD, Elumalai M, Kitchen JA et al (2014) In vivo chlorine and sodium MRI of rat brain at 21.1 T. Magn Reson Mater Phy 27:63–70CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Thulborn KR, Gindis TS, Davis D et al (1999) Comprehensive MR imaging protocol for stroke management: tissue sodium concentration as a measure of tissue viability in nonhuman primate studies and in clinical studies. Radiology 213:156–166CrossRefPubMed Thulborn KR, Gindis TS, Davis D et al (1999) Comprehensive MR imaging protocol for stroke management: tissue sodium concentration as a measure of tissue viability in nonhuman primate studies and in clinical studies. Radiology 213:156–166CrossRefPubMed
25.
Zurück zum Zitat Tietze A, Blicher J, Mikkelsen IK et al (2014) Assessment of ischemic penumbra in patients with hyperacute stroke using amide proton transfer (APT) chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI. NMR Biomed 27:163–174PubMedCentralCrossRefPubMed Tietze A, Blicher J, Mikkelsen IK et al (2014) Assessment of ischemic penumbra in patients with hyperacute stroke using amide proton transfer (APT) chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI. NMR Biomed 27:163–174PubMedCentralCrossRefPubMed
26.
Zurück zum Zitat Togao O, Yoshiura T, Keupp J et al (2014) Amide proton transfer imaging of adult diffuse gliomas: correlation with histopathological grades. Neuro Oncol 16:441448CrossRef Togao O, Yoshiura T, Keupp J et al (2014) Amide proton transfer imaging of adult diffuse gliomas: correlation with histopathological grades. Neuro Oncol 16:441448CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Umathum R, Rösler MB, Nagel AM (2013) In vivo 39 K MR imaging of human muscle and brain. Radiology 269:569–576CrossRefPubMed Umathum R, Rösler MB, Nagel AM (2013) In vivo 39 K MR imaging of human muscle and brain. Radiology 269:569–576CrossRefPubMed
28.
Zurück zum Zitat Yushmanov VE, Yanovski B, Kharlamov A et al (2009) Sodium mapping in focal cerebral ischemia in the rat by quantitative 23Na MRI. J Magn Reson Imaging 29:962–966PubMedCentralCrossRefPubMed Yushmanov VE, Yanovski B, Kharlamov A et al (2009) Sodium mapping in focal cerebral ischemia in the rat by quantitative 23Na MRI. J Magn Reson Imaging 29:962–966PubMedCentralCrossRefPubMed
29.
Zurück zum Zitat Zaaraoui W, Konstandin S, Audoin B et al (2012) Distribution of brain sodium accumulation correlates with disability in multiple sclerosis: a cross-sectional 23Na MR imaging study. Radiology 264:859–867CrossRefPubMed Zaaraoui W, Konstandin S, Audoin B et al (2012) Distribution of brain sodium accumulation correlates with disability in multiple sclerosis: a cross-sectional 23Na MR imaging study. Radiology 264:859–867CrossRefPubMed
30.
Zurück zum Zitat Zaiss M, Bachert P (2013) Chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR Z-spectroscopy in vivo: a review of theoretical approaches and methods. Phys Med Biol 58:R221–R269CrossRefPubMed Zaiss M, Bachert P (2013) Chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR Z-spectroscopy in vivo: a review of theoretical approaches and methods. Phys Med Biol 58:R221–R269CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Funktionelle MRT 2.0
²³Na- und CEST-Bildgebung
verfasst von
S. Haneder
Dr. S. Konstandin
Publikationsdatum
01.02.2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Die Radiologie / Ausgabe 2/2016
Print ISSN: 2731-7048
Elektronische ISSN: 2731-7056
DOI
https://doi.org/10.1007/s00117-015-0071-9

Weitere Artikel der Ausgabe 2/2016

Der Radiologe 2/2016 Zur Ausgabe

Einführung zum Thema

Physiologie sichtbar

Passend zum Thema

ANZEIGE

Leitlinien-Update und neue Pocket-Leitlinie vorgestellt von Prof. Möllmann

Die neue Leitlinie zur Behandlung von Herzklappenerkrankungen der European Society of Cardiology (ESC) und der European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS) ist ab jetzt als deutschsprachige Pocket-Leitlinien abrufbar. Die wichtigsten Neuerungen des Updates finden Sie hier von Prof. Dr. Helge Möllmann aus Dortmund für Sie zusammengefasst.

ANZEIGE

Expertenrat: Wer profitiert vom Vorhofohr-Verschluss

Der interventionelle Verschluss des linken Vorhofohrs ist eine in den Leitlinien empfohlene Alternative zur oralen Antikoagulation bei Menschen mit Vorhofflimmern. Bei welchen Patientinnen und Patienten Sie konkret an diese Alternative denken sollten – dazu gibt Kardiologe PD Dr. Zisis Dimitriadis alltagstaugliche Tipps.

ANZEIGE

Abbott Structural Heart

Content Hub

Wir helfen Menschen mit Strukturellen Herzerkrankungen ihre Lebensqualität zu verbessern. Entdecken Sie unser einzigartiges Produktportfolio für ihre Patienten.

Abbott Medical GmbH