MRT Biomarker für Perfusion und Infarktdemarkierung: Arterial Spin Labeling und DWI-Quantifizierung bei Patienten mit chronischen und akuten zerebrovaskulären Erkrankungen

Abstract

Die evidenzbasierte Therapie von Patienten mit akutem Schlaganfall und chronischen zerebrovaskulären Erkrankungen basiert bisher vor allem auf allgemeinen Parametern wie der Zeit seit Symptombeginn oder dem Grad einer symptomatischen Stenose. Eine individuelle Diagnostik mittels MRT Bildgebung kann potentiell mehr Patienten eine wirksame Therapie ermöglichen. Die MRT Bildgebung muss jedoch schnell, sicher und zuverlässig anwendbar sein. Wir evaluierten daher neue diagnostische MRT Biomarker bei Patienten mit chronischen und akuten zerebrovaskulären Erkrankungen: Arterial Spin Labeling (ASL) ist eine kontrastmittelfreie und deshalb nebenwirkungsarme MRT Sequenz zur Messung einer zerebralen Hypoperfusion. In Arbeit 1 demonstrierten wir an 28 Patienten die Anwendung einer klinischen ASL Sequenz bei Patienten mit einer Stenose oder Okklusion der ACI oder ACM. Verzögerter Blutfluss zeigte sich als hyperintenses, so genanntes Arterial Transit Delay Artefact (ATDA). Zugleich ist das häufige ATDA aufgrund des hyperintensen Signals verantwortlich für eine schwache Korrelation bei der quantifizierten Messung der Hirnperfusion im Vergleich zur kontrastmittelbasierten Referenzmethode DSC-PWI. In Arbeit 2 testeten wir eine optimierte ASL Sequenz: Durch eine Korrektur für Blutflussverzögerungen verbesserte sich die Korrelation der Perfusionsmessung deutlich. In Arbeit 3 wurde ein weiterer etablierter MRT Biomarker getestet: Mittels DWI MRT in Kombination mit FLAIR MRT Sequenzen lässt sich der Zeitraum seit Infarktbeginn in Unkenntnis des Symptombeginnes abschätzen und erlaubt eine Zuordnung zum Thrombolysezeitfenster. Die visuelle FLAIR Diagnostik ist jedoch im Gegensatz zur DWI aufgrund niedriger Rater- Übereinstimmung potentiell unzuverlässig. Wir testeten daher eine Quantifizierung des DWI-Signals: Ein DWI Grenzwert von 162% der Signalintensität im Vergleich zur gesunden Hemisphäre erlaubt die Detektion von Patienten, die bereits eine FLAIR Demarkation zeigen. Diese Ergebnisse ermöglichen eine Einschätzung des Infarktbeginnes durch die alleinige Auswertung des DWI Signals. Die Kombination von DWI und ASL könnte eine schnelle, sichere und zuverlässige Evaluation des potentiell therapierelevanten Gewebes erlauben.

In acute stroke and chronic cerebrovascular diseases, evidence-based therapeutic decisions depend mostly on parameters such as time from symptom onset or grading of a symptomatic stenosis. Individual diagnostics with MR Imaging may include more patients amenable to treatment. To that end, MRI must be fast, safe and reliable. Considering these criteria, we evaluated new diagnostic biomarkers in patients with acute and chronic cerebrovascular diseases: Arterial Spin Labeling (ASL) is a non-invasive MRI sequence for measuring cerebral hypoperfusion with minimal side-effects. In publication 1, we showed its applicability in 28 patients with stenosis or occlusion of the ICA and MCA. Delayed blood flow is visible as an Arterial Transit Delay Artefact (ATDA). The ATDA could be established as a qualitative diagnostic sign for a cerebral hypoperfusion. Because of its hyperintense nature, there was a low correlation of the quantified ASL-CBF measurement compared with a standard DSC-PWI sequence. In publication 2, we tested an optimized ASL sequence: By correcting for delayed blood flow, the correlation of the brain perfusion measurement improved significantly. Another established MRI Biomarker is DWI, showing irreversibly infarcted tissue immediately after symptom onset. In combination with the delayed appearance of FLAIR lesions, symptom onset can be estimated and matched with the thrombolysis time window. Visual inspection of FLAIR lesions is potentially unreliable as opposed to DWI evaluation. In publication 3 we therefore quantified the DWI signal: A threshold of 162% of the DWI signal intensity as opposed to the healthy hemisphere reliably detects a corresponding FLAIR lesion. This allows for the assessment of the symptom onset by DWI alone. A combination of DWI and ASL securely and quickly detects potentially treatment relevant tissue.