Physiologisches Volumen und Atrophie von Gehirn und Rückenmark, gemessen durch Magnetresonanztomographie

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische immunvermittelte entzündliche und neurodegenerative Erkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist die wichtigste paraklinische Untersuchung zur Überwachung der Krankheitsaktivität und des Ansprechens auf die Behandlung. Allerdings gibt es nur eine begrenzte Korrelation zwischen den klinischen Symptomen und den Befunden im konventionellen MRT – ein Phänomen, das als klinisch-radiologisches Paradoxon bezeichnet wird. Die Messung der gesamten und regionalen Hirnatrophie liefert zusätzliche Informationen zur MRT und scheint besser mit dem klinischen Verlauf und der Prognose zu korrelieren. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde die Hirnatrophie bei MS eingehend untersucht, es wurden Grenzwerte für den Hirnvolumenverlust im Laufe der Zeit festgelegt und es ist wahrscheinlich, dass sie zu einem wichtigen Ergebnismaß sowohl in klinischen Studien als auch in der Routinepraxis werden wird.

Im Vergleich zur Hirnatrophie wurde der Atrophie des Rückenmarks (SC) und ihrem Zusammenhang mit MS-bedingten Behinderungen weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Dies ist zum Teil auf technische Herausforderungen wie ein inhomogenes Magnetfeld in dieser Region, kleine physikalische Abmessungen des SC und Artefakte zurückzuführen, die durch die Bewegung des SC innerhalb des Wirbelkanals zusammen mit dem Fluss von Liquor cerebrospinalis und periodischen Bewegungen aufgrund von Atem- und Herzzyklen verursacht werden. Darüber hinaus können fokale MS-Läsionen des Rückenmarks sowohl zu einer Schwellung als auch zu einer Schrumpfung des SC führen, was sich auf sein absolutes Volumen auswirkt, was zu Problemen bei der Interpretation des absoluten SC-Volumens bei MS führt. Trotz all dieser Herausforderungen ist es möglich, SC-Läsionen zu identifizieren und das SC-Volumen zuverlässig zu messen, es gibt jedoch keine „goldene“ (standardisierte) Software für die SC-Volumenmessung und keine Einigung darüber, welche SC-Ebene (Segmente) für SC am besten geeignet ist Volumenverlustmessung.

Im Jahr 2016 haben wir eine interne halbautomatische Pipeline zur Messung des Halswirbelsäulenvolumens entwickelt, die Teil des Scanview-Programms ist. Die Segmentierung wird an T2-gewichteten Bildern durchgeführt. Im ersten Schritt wird manuell ein Marker in der Mitte einer Bandscheibe C3-4 (Sagittalebene) platziert. Anschließend erfolgt eine Begradigung des Rückenmarks (manuelle Drehung des Rückenmarks, um eine senkrechte Ausrichtung des Rückenmarks zum dorsalen Teil des C3-Wirbelkörpers zu erreichen), die eine Reduzierung des Teilvolumens aufgrund der Ausrichtung des Rückenmarks ermöglicht. Nach dieser Zentrierung und Ausrichtung wird die Transformationsmatrix gespeichert und alle weiteren Schritte werden vollständig automatisiert. Diese Schritte umfassen: 1. Subpixel-Aufteilung, 2. Umkehrung des Kontrasts von T2-gewichteten Bildern und Glättung durch Anwendung einer Reihe von Median-, Gaußschen und kantenverstärkenden Filtern und 4. Kubische Spline-Interpolation, um eine Kurve zu finden, die eine Grenze darstellt eines Rückenmarks mit höchster Wahrscheinlichkeit. Abschließend wird eine Summe der mittleren Flächen von 21 1-mm-Scheiben berechnet (1 mittlere Scheibe fixiert in der Mitte einer Bandscheibe C3-4 und 2 x 10 Scheiben in kranialer und kaudaler Richtung). Mit dieser neuen Software haben wir in den Jahren 2016 und 2017 1.036 MS-Patienten untersucht. Die Intra- und Inter-Rater-Variabilität der SC-Volumenbewertung wurde mithilfe des Intraclass-Korrelationskoeffizienten (ICC) mit einer bidirektionalen gemischten absoluten Übereinstimmung und einem Einzelmessdesign ermittelt. Die Analyse bestätigte eine sehr gute Konsistenz (> 98 %) der Methode. Die vorläufigen Ergebnisse zeigten eine signifikante Korrelation zwischen dem Rückenmarksvolumen und verschiedenen klinischen Phänotypen.