Xenon-129-Magnetresonanztomographie der Lunge: Studie an gesunden Freiwilligen und Teilnehmern mit Lungenerkrankungen

Die hyperpolarisierte Edelgas-Magnetresonanz (MR)-Lungenbildgebung ist ein relativ neues Bildgebungsverfahren, das die Darstellung sowohl der Lungenfunktion als auch der Morphologie ermöglicht. Hyperpolarisierte Gase sind eine neue Klasse von MR-Kontrastmitteln, die beim Einatmen zeitlich und räumlich hochaufgelöste MR-Bilder der Lungenlufträume liefern. Da keine ionisierende Strahlung beteiligt ist, ist die hyperpolarisierte Gas-MR-Bildgebung ideal für die Beurteilung von Lungenerkrankungen, insbesondere bei Kindern. Bei hyperpolarisierten Gasen werden die Kernspins der Gasatome außerhalb des MR-Scanners über einen als optisches Pumpen bezeichneten Prozess in Ausrichtung gebracht; dies ergibt hohe Polarisationen und ermöglicht die Visualisierung der Lungenlufträume mit MR-Bildgebung (trotz der geringen physikalischen Dichte des Gases in der Lunge). Zwei nicht radioaktive (d.h. stabile) Isotope der Edelgase Helium-3 und Xenon-129 können hyperpolarisiert werden. Bis vor kurzem konnten mit Helium-3 höhere Polarisationen erreicht werden als mit Xenon-129, daher wurde Helium-3 beim Menschen häufiger für hyperpolarisierte Gas-MR-Bildgebung der Lunge verwendet. Vor kurzem wurde die Technologie entwickelt, um große Mengen an hochpolarisiertem Xenon-129 bereitzustellen. Helium-3-Gas ist außerdem extrem teuer und aufgrund der begrenzten Reserven des Gases für die Forschung schwer zu beschaffen. Im Gegensatz zu Helium-3 ist Xenon-129, da es natürlicherweise in der Atmosphäre vorhanden ist, kostengünstiger und für die Bildgebung einfacher zu beschaffen.

Mehrere Anwendungen der Xenon-129-MR-Bildgebung befinden sich in der Entwicklung, einschließlich diffusionsgewichteter und relaxationsgewichteter Bildgebung. Diese Techniken machen sich die Tatsache zunutze, dass die Verlustrate der Xenon-129-Polarisation signifikant durch den lokalen Blutfluss und die Konzentration von molekularem Sauerstoff sowie die Beschränkung der Xenon-129-Diffusion durch kleine Raumabmessungen der Atemwege beeinflusst wird. Diese Daten können verwendet werden, um Karten der Lunge zu erstellen, die die regionale Belüftung/Perfusion und die Größe der Mikroluftwege widerspiegeln. Andere Daten, die mit Xenon-129-MRT erhalten werden können, umfassen die Volumina von belüfteten und unbelüfteten Lungen, die anschließend analysiert werden können, um die Homogenität der Gasverteilung innerhalb der Lufträume zu bestimmen. Diese Daten können verwendet werden, um die strukturellen und funktionellen Veränderungen zu untersuchen, die in der Lunge im Zusammenhang mit Lungenerkrankungen wie CF und Asthma stattfinden. Es könnte ein diagnostisches Instrument darstellen, das Lungenerkrankungen sensitiver als die bisherigen Goldstandardmessungen Spirometrie und Plethysmographie erkennen und so irreparable und irreversible Lungenschäden im Frühstadium verhindern kann.