Ultrahochfeld-MRT im Kontext neuroimmunologischer Erkrankungen: Arbeiten zur Differentialdiagnose und Pathogenese der Multiplen Sklerose und des Susac-Syndroms

Abstract

Einleitung: In der klinischen Praxis spielt die Magnetresonanztomographie (MRT) seit Jahrzehnten bezüglich Diagnostik und Therapiekontrolle der Multiplen Sklerose (MS) eine zentrale Rolle. Dennoch korrelieren geläufige MR- Messwerte nur bedingt mit klinischen Parametern und es bestehen oft differentialdiagnostische Unsicherheiten. Seit kurzem ermöglicht die Ultrahochfeld-MRT-Bildgebung bei einer Feldstärke von 7 Tesla (T) die Darstellung kleinster anatomischer Details in vivo. Zielsetzung der folgenden Originalarbeiten war es, den Nutzen der 7T-MRT-Bildgebung im Rahmen i) der Darstellung von Schädigungen der weißen und grauen Substanz, ii) der differentialdiagnostischen und pathophysiologischen Abgrenzung des Susac- Syndroms gegenüber der MS und iii) der Evaluation frühzeitiger venöser Alterationen im Kontext des MS-Krankheitsprozesses zu untersuchen. Methoden: Zunächst wurden 20 MS und 14 gesunde Probanden bei Feldstärken von 7T und 1,5T (18 Patienten) untersucht. Eine Subkohorte (8 Patienten) wurde über median 13,8 Monate beobachtet. Die einzelnen MR-Untersuchungen wurden jeweils i) verblindet und unabhängig voneinander sowie ii) retrospektiv-vergleichend analysiert. In einer weiteren Studie wurden 5 Patienten mit Susac-Syndrom, 10 MS-Patienten und 15 gesunde Probanden bezüglich der Morphologie von Läsionen und der Atrophie des Corpus callosum verglichen. Zuletzt dienten zwei neu entwickelte Verfahren der Quantifizierung der periventrikulären Venendichte bei 38 MS-Patienten und 22 gesunden Probanden. Ergebnisse: Jede im T2-gewichteten Bild (T2) hyperintense MS-Läsion (n=604) stellte sich im direkten Vergleich hypointens auf korrespondierenden 7T T1-gewichteten Bildern (T1) dar. Dagegen imponierten nur 452 von 561 T2-Plaques hypointens auf 1,5T T1-gewichteten Bildern. Dieser Effekt war bei der verblindeten Analyse noch deutlicher (7T T1 n=728, 1,5T T1 n=399) und auch in einer Subanalyse kortikaler Läsionen feststellbar (7T T1 n=58, 1,5T T1 n=15). Ferner zeigten sich Unterschiede in Bezug auf die Morphologie von 273 Susac-Läsionen (54% perivaskulär; 4% hypointense Ringe) gegenüber 354 MS-Plaques (92% perivaskulär, p=0,002; 41% hypointense Ringe, p=0,004) sowie Unterschiede in Form und Ausmaß der Balkenschädigung. Weiterhin war eine signifikante Reduktion der periventrikulären Venendichte bei Patienten mit MS (jeweils p<0,001), früher MS (p<0,001 und p=0,001) und klinisch isoliertem Syndrom (KIS; p=0,03 und p=0,11) gegenüber gesunden Probanden feststellbar. Deren Ausmaß korrelierte eng mit der Krankheitsdauer (p<0,001) und der T2-Läsionslast (p<0,001). Zusammenfassung: Die Ergebnisse deuten auf eine strukturelle Gewebeschädigung in jeder dargestellten (kortikalen) MS-Läsion hin, welche über den Prozess der Demyelinisierung hinausgeht. Bildmorphologische Unterschiede zwischen dem Susac-Syndrom und der MS können differentialdiagnostischen Nutzen haben und reflektieren die verschiedenen Pathomechanismen (Mikroinfarkte versus Demyelinisierung) beider Entitäten. Vaskuläre Alterationen sind, vermutlich im Kontext von metabolischen und hämodynamischen Veränderungen, bereits in frühen Stadien der MS nachweisbar.

Introduction: Magnetic resonance imaging (MRI) revolutionized diagnosis and therapeutic drug monitoring in multiple sclerosis (MS). However, the correlation of MR-variables with clinical parameters is modest and in some cases an increased diagnostic specificity is highly warranted. Today, ultrahigh field MRI at 7 Tesla (T) visualizes anatomical details with near microscopic resolution in vivo. The aim of this study was to determine the potential of 7T MRI i) to characterize and detect white and gray matter pathology, and ii) to differentiate between Susac syndrome and MS. Finally, the high spatial resolution of 7T MRI was utilized to describe venous alterations in (early) MS. Methods: Twenty patients with MS and 14 healthy controls (HC) underwent 7T and 1.5T (18 MS patients) MRI to characterize brain damage. Eight patients were reassessed after a median interval of 13.8 months. MRI data was analyzed in a separate-and-blinded approach as well as in a side- by-side comparison of all sequences. Furthermore, MRI data derived from 5 patients with Susac syndrome, 10 MS patients and 15 HC was analyzed with regard to atrophy of the corpus callosum and (callosal) lesion morphology. To quantify periventricular venous density in 38 MS patients and 22 HC two novel algorithms were applied. Results: Every hyperintensive lesion on T2 weighted (T2w) images (n=604) depicted on 7T MRI images was also clearly delineated on T1 weighted (T1w) images. Contrarily, 1.5T T1w MRI only visualized 452 of 561 T2w hyperintense MS lesions. Corresponding T1w hypointensity of T2w hyperintense lesions was also detectable in cortical lesions (7T T1w n=58, 1.5T T1w n=15), and when analyzing each sequence independently (7T T1w n=728, 1.5T T1w n=399). 7T MRI revealed differences in callosal damage and the morphology of Susac syndrome lesions (54% perivascular; 4% hypointense rim) compared with MS plaques (92% perivascular, p=0.002; 41% hypointense rim, p=0.004). Venous density was reduced in MS (p<0.001, p<0.001), early MS (p<0.001, p=0.001) as well as clinical isolated syndrome (CIS, p=0.03 and p=0.11) patients compared with HC, and correlated inversely with T2 lesion count (p<0.001) and disease duration (p<0.001). Conclusion: Findings on T1w hypointensity indicate structural damage beyond demyelination in every (cortical) MS plaque depicted. Furthermore, 7T MRI revealed substantial differences in lesion morphology between Susac syndrome and MS that may facilitate differentiation between both entities and - in contrast to MS - suggest microinfarction rather than demyelination underlying Susac syndrome. On the background of hemodynamic and metabolic alterations in MS, vascular abnormalities are detectable from the earliest clinical stages.