Hochauflösende Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) des zervikalen Rückenmarks bei Rückenmarksverletzungen (SCI)

Eine Rückenmarksverletzung (SCI) kann durch ein Trauma sowie durch degenerative Erkrankungen wie zervikale spondylotische Myelopathie (CSM) verursacht werden. Beides hat tiefgreifende Auswirkungen auf die körperliche und geistige Gesundheit des Betroffenen. Zu den Symptomen von CSM können Schwäche in den Armen oder Beinen, Schwierigkeiten beim Gehen und Gleichgewicht, Verlust der Geschicklichkeit in den Händen sowie Funktionsstörungen des Darms oder der Blase gehören. Traumatische Rückenmarksverletzungen gehen häufig mit einer Schädigung der weißen Substanz einher, was zu irreversiblen Funktionsdefiziten wie Querschnittslähmung oder Tetraplegie führt.

Obwohl die aktuelle diagnostische Bildgebung hochspezifische Parameter der Anatomie des Wirbelkanals aufdecken kann, bleibt die funktionelle Anatomie des Rückenmarks unbekannt. Patienten mit ähnlichen diagnostischen Befunden können klinisch unterschiedlich sein, wobei viele Patienten nur minimale bis gar keine Symptome haben, während andere möglicherweise schwer handlungsunfähig sind. Herkömmliche MRT-Methoden wie die T1/T2-gewichtete MRT können den Bereich der Schädigung leicht identifizieren und dauerhafte Veränderungen im Rückenmarksgewebe darstellen. Herkömmliche MRT-Methoden sind jedoch nur begrenzt in der Lage, bildgebende Befunde mit kurz- und langfristigen funktionellen Ergebnissen einer Rückenmarksverletzung zu korrelieren. DTI hat das Potenzial, die konventionelle MRT-Bildgebung zu verbessern, indem es Informationen über die Mikrostruktur des Gewebes liefert, und eignet sich möglicherweise besonders gut für die Beurteilung der Integrität von Faserbahnen bei Rückenmarksverletzungen.

Die Diffusionstensor-Magnetresonanztomographie (DTI) ist eine neue Technik, die hochempfindlich bei der Erkennung der Integrität von Trakten der weißen Substanz ist. Obwohl die durch DTI erhaltenen Informationen für Anomalien der weißen Substanz im Gehirn genutzt wurden, hat die DTI des Rückenmarks in vivo viele Herausforderungen mit sich gebracht. Die geringe Größe des Rückenmarks und die dichte Packung seiner weißen Substanzbahnen erfordern eine sehr hohe Bildauflösung, um diese einzelnen Bahnen sichtbar zu machen. Die erforderliche Auflösung zur Abbildung der kleinen Querschnittsfläche des Rückenmarks war mit den am häufigsten verwendeten DTI-Sequenzen nur schwer zu erreichen. Bisherige DTI-Messberichte haben eine praktische Anwendung von DTI am Halswirbelsäulenmark mit begrenzten räumlichen Auflösungen von 8 mm3 bis 16 mm3 gezeigt.

Um eine hochauflösende DTI des Rückenmarks zu erreichen, wurden zwei neuartige Bildgebungstechniken für hochauflösende In-vivo-DTI auf einem klinischen 3T-MRT-System (Trio, Siemens Medical Solution, Erlangen Deutschland) entwickelt: 2D Singleshot Interleaved Multiple Inner Volume DWEPI (ss-IMIV-DWEPI) und 3D-Singleshot-DW-STimuliertes EPI (3D-ss-DWSTEPI). Diese optimierten DTI-Pulssequenzen haben typischerweise eine räumliche Auflösung von etwa 2,0 oder 1,253 mm3 innerhalb der klinisch erreichbaren Bildgebungszeit (~5 Minuten) erreicht. Die Sequenzen wurden speziell für die hochauflösende DTI des Halswirbelsäulenmarks entwickelt. Sie wurden ex vivo an Rückenmarksproben sowie an einer kleinen Gruppe gesunder Freiwilliger und Multiple-Sklerose-Patienten angewendet.