Nicht-invasive MRT-Perfusionsbildgebung für Diagnosestellung, Therapiemanagement und Prognoseabschätzung bei Patienten mit ischämischem Schlaganfall

Abstract

Perfusionsbildgebung unterstützt die Diagnostik im ischämischen Schlaganfall und verbessert dadurch eine individualisierte Therapie. Kontrastmittelfreie und nicht-invasive Bildgebungsverfahren wie arterial spin labeling (ASL) und phase-contrast (PC) Magnetresonanztomographie (MRT) gewinnen hier zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen dieser Promotionsarbeit wurde die Anwendung von ASL bei Schlaganfall im chronischen, subakuten und hyperakuten Zeitfenster für den klinischen Gebrauch evaluiert (TOPUP Projekt, Publikation 1; PAS Projekt, Publikation 2; cCBF Projekt, Publikation 3). Zudem wurde ein neues Verfahren zur Quantifizierung des absoluten cerebral blood flows (CBF) für den chronischen Schlaganfall beschrieben (PC-PET Projekt, Publikation 4). Im chronischen Schlaganfall (Charité, TOPUP Projekt, Publikation 1) wurden 13 Patienten mit Stenosen der Hirngefäße untersucht. Dabei wurde CBF mittels ASL und dynamic susceptibility contrast (DSC) MRT gemessen und nach TOPUP-Artefaktkorrektur verglichen. ASL-CBF und DSC-CBF korrelierten bereits vor TOPUP-Korrektur gut im hinteren und mittleren Stromgebiet; nach TOPUP-Korrektur auch im vorderen Stromgebiet. Zur Darstellung des diagnostischen Mehrwertes der ASL-CBF Messung im subakuten Schlaganfall (Charité, PAS Projekt, Publikation 2) wurden 38 Patienten eingeschlossen. Die Hinzunahme der ASL-Perfusionsbildgebung zum klinischen Schlaganfallbildgebungsprotokoll erbrachte eine deutliche Verbesserung der Prognoseabschätzung; Hyperperfusion zeigte sich hierbei als prognostisch günstig, während Hypoperfusion und höhergradige Gefäßstenosen ungünstige Parameter waren. Zur Darstellung der ASL-basierten Hirnperfusion beim hyperakuten Schlaganfall vor Rekanalisation mittels Thrombektomie (Stanford, cCBF Projekt, Publikation 3) wurden 77 Patienten untersucht und eine Methode zur absoluten Quantifizierung der ASL-CBF Werte etabliert. Es wurde gezeigt, dass ein hoher kontralateraler cerebral blood flow (cCBF) Marker einer günstigen Prognose ist. Damit konnte erstmals der prognostische Wert der kontralateralen Hirnperfusion nach fokaler Ischämie beschrieben werden. Zur Kalibrierung der Hirnperfusion im PET/MRT-Scanner wurden 13 Moyamoya-Patienten und 12 gesunde Kontrollpersonen untersucht (Stanford, PC-PET Projekt, Publikation 4). Eine absolute CBF-Quantifizierung ohne arterial input function (AIF) wurde durch nicht-invasive Skalierung der regionalen PET-CBF maps erreicht. Durch dieses Verfahren konnten die Hirnperfusion (PC-PET-CBF) und die zerebrovaskuläre Reaktivität (CVR) in absoluten Werten gemessen werden. Die in dieser Dissertation vorgestellten Studien liefern auf methodischer und inhaltlicher Ebene relevante Beiträge zur klinischen Evaluation nicht-invasiver MRT-Perfusionsbildgebung. Insbesondere ASL steht bereits für klinische Bildgebungsprotokolle routinemäßig zur Verfügung und kann durch kontrastmittelfreie Perfusionsmessungen zukünftig klinische Entscheidungen bei Schlaganfallpatienten unterstützen.

Perfusion imaging supports stroke diagnostics and enables informed stroke therapy decisions. Arterial spin labeling (ASL) and phase-contrast (PC) magnetic resonance imaging (MRI) offer contrast-free and non-invasive perfusion measurements. This thesis evaluated the use of ASL in stroke during chronic, subacute, and hyperacute time windows (TOPUP project, publication 1; PAS project, publication 2; cCBF project, publication 3). In addition, a new method was described for quantifying absolute cerebral blood flow (CBF) for chronic strokes (PC-PET project, publication 4). In chronic stroke, 13 patients with stenoses of cerebral vessels were examined (Charité, TOPUP project, publication 1). CBF was measured using ASL and, after TOPUP artifact correction, compared with CBF measurements from dynamic susceptibility contrast (DSC) MRI. ASL-CBF and DSC-CBF values were well correlated in the posterior and middle cerebral artery territory prior to TOPUP correction; after TOPUP correction, that was also the case in the anterior cerebral artery territory. To evaluate the additional diagnostic value of ASL-based CBF in subacute stroke, 38 patients were scanned using a clinically certified ASL sequence (Charité, PAS project, publication 2). Adding ASL perfusion imaging to the standard imaging protocol resulted in a significant improvement in outcome prediction; hyperperfusion was found to be a favorable predictor, while hypoperfusion and high-grade vascular stenosis indicated unfavorable outcome. In 77 patients with hyperacute stroke prior to thrombectomy, absolute quantification of ASL-CBF values was established (Stanford, cCBF project, publication 3). The contralateral cerebral blood flow (cCBF) was investigated as a biomarker for outcome after 90 days. High cCBF values proved to be prognostically favorable. For the first time, the prognostic value of contralateral cerebral perfusion after focal ischemia was determined. To calibrate brain perfusion in the PET/MRI scanner, 13 Moyamoya patients and 12 healthy controls were studied (Stanford, PC-PET project, publication 4). An absolute CBF quantification without arterial input function (AIF) was achieved by scaling regional PET-CBF maps using non-invasive PC-CBF from MRI. This method enabled quantitative measurements of brain perfusion (PC-PET-CBF) and cerebrovascular reactivity (CVR). The studies in this thesis characterized the diagnostic value of new perfusion imaging methods in various clinical settings. ASL is already routinely available for clinical imaging protocols and can support clinical decision making through additional diagnostic information derived from contrast-free and non-invasive perfusion measurements in stroke patients.