Magnetresonanzelastografie bei idiopathischem Parkinsonsyndrom und progressiver supranukleärer Blickparese

Abstract

Das idiopathische Parkinsonsyndrom (IPS) und die progressive supranukleäre Blickparese (PSP) sind neurodegenerative Erkrankungen. Das IPS ist neuropathologisch gekennzeichnet durch das Vorhandensein so genannter Lewy- Körperchen, die hauptsächlich aus dem aggregierten präsynaptischen Protein alpha-Synuclein bestehen, und neurotoxisch wirken. Diese Neurodegeneration betrifft vor allem die dopaminergen Neurone der Substantia nigra pars compacta. Die PSP dagegen ist eine Tauopathie, bei der das Mikrotubuli- assoziierte Tauprotein in Neuronen und Gliazellen zu Neurofilamentbündeln akkumuliert und so die Zellen zerstört. Es sind vornehmlich die Basalganglien, aber auch andere Hirnareale befallen. Die Diagnostik dieser neurodegenerativen Erkrankungen ist immer wieder eine Herausforderung, da kein derzeitig etabliertes, klinisches Untersuchungsverfahren die Neurodegeneration im Frühstadium eindeutig detektieren kann. Die Magnetresonanzelastografie (MRE) ist ein bildgestütztes Verfahren zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften lebenden Gewebes. Die MRE beruht auf Erkenntnissen der manuellen Palpation zur Detektion pathologischen Gewebes aufgrund veränderter biomechanischer Eigenschaften. Durch die ermittelten viskoelastischen Gewebeeigenschaften können Rückschlüsse auf den mikrostrukturellen Gewebeaufbau gezogen werden und so mögliche pathologische Veränderungen im Frühstadium detektiert werden. In der vorliegenden Studie wurden an 18 IPS- Patienten, 16 PSP-Patienten und 19 gesunden Kontrollen einmalig eine Multifrequenz-MRE-Untersuchung (MMRE) mit Anregungsfrequenzen von 25, 37,5, 50 und 62,5 Hz und eine dreidimensionale MRE-Untersuchung (3D-MRE) mit einer Anregungsfrequenz von 50 Hz durchgeführt. Die abgeleiteten Größen waren zum einen der Schermodul μ und der Strukturparameter α aus der MMRE und zum anderen der Betrag des komplexen Schermoduls |G*| und dessen Phasenwinkel φ der 3D-MRE. Es wurde beobachtet, dass die Gruppe der PSP-Patienten in Bezug zur gesunden Kontrollgruppe für das gesamte Hirngewebe sowohl eine signifikante Reduktion der viskoelastischen Werte der MMRE mit Δμ = -28,8% und Δα = -4,9% als auch der 3D-MRE-Werte mit Δ|G*| = -10,6% und Δφ = -34,6% aufwies, wobei die Abnahme der Viskoelastizität im Bereich der Basalganglien (Nucleus lentiformis) am stärksten ausgeprägt war. Die IPS-Patienten hatten im Vergleich zu den gesunden Probanden keine signifikante Reduktion der Viskoelastizität des gesamten Hirngewebes, es bestanden nur signifikante Abnahmen von Δα = -7,4% und Δ|G*| = -6,9% im Bereich des Nucleus lentiformis. Bei der IPS- und PSP-Gruppe wurde mit höherem klinischem Schweregrad eine Verringerung der viskoelastischen Parameter ermittelt. Die MRE besitzt die Fähigkeit in Zukunft nicht-invasiv neurodegenerative Erkrankungen zu detektieren sowie verschiedene neurodegenerative Krankheiten untereinander zu differenzieren.

Idiopathic Parkinson`s disease (PD) and progressive supranuclear palsy (PSP) are neuodegenerative disorders. The neuropathological hallmark of PD is the presence of so-called Lewy bodies, which mainly contain the aggregated presynaptic protein alpha-synuclein, and seem to be neurotoxic. The dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta are primarily affected. PSP is a tauopathy, characterized by the accumulation of the microtubule-associated tau protein as neurofibrillary tangles in neurons and glia cells, leading to cell damage. The neuronal loss especially attacks the region of the basal ganglia, but other regions of the brain can be affected as well. Diagnosing these neurodegenerative disorders is always a challenge, because no diagnostic technology exists capable of definitively detecting the neurodegeneration at the beginning of the disease. Magnetic resonance elastography (MRE) is a specially developed MR-based technique, which uses the awareness from manual palpation of the fact that pathologically changed tissue has different biomechanical properties than healthy tissue. MRE is used to gain information about the tissue architecture by assessing the viscoelastic characteristics of the tissue; therefore potentially pathological changes of the tissue in an earlier state of degeneration can be detected. In this present study we applied multifrequency MRE (MMRE) with vibration frequencies of 25, 37,5, 50 and 62,5 Hz and three-dimensional MRE (3DMRE) with a frequency of 50 Hz in 18 PD-patients, 16 PSP-patients, and in 19 controls. The determined viscoelastic constants are the shear modulus μ and the microstructural parameter α from the MMRE as well as the complex shear modulus |G*| and its phase angle φ from the 3D-MRE. The results of our study are: In the group of PSP patients global viscoelasticity parameters were significantly reduced compared to the control group with Δμ = -28,8%, Δα = -4,9%, Δ|G*| = -10,6% and Δφ = -34,6%, with a pronounced reduction in the region of the basal ganglia (nucleus lentiformis). In PD the viscoelastic values of the whole brain were not significantly reduced compared to the controls, there was only a significant reduction of Δα = -7,4% and Δ|G*| = -6,9% within the lentiform nucleus. In both PD and PSP patient groups, MRE constants were reduced with increasing clinical severity. MRE has the potential to become a non-invasive diagnostic method for the detection of neurodegenerative disorders in earlier stages of the disease. Furthermore, our results suggest that MRE can be used for distinguishing between different types of neurodegenerative diseases.