129Xe-MRT bei Kindern und Jugendlichen mit BPD

Die häufigste respiratorische Komplikation bei Frühgeburten, die bronchopulmonale Dysplasie (BPD), definiert durch einen klinisch beurteilten Bedarf an zusätzlicher Sauerstoffversorgung im Alter von 36 Wochen nach der Menstruation, hat tatsächlich an Häufigkeit zugenommen, da Fortschritte in der klinischen Beatmungsversorgung die anfängliche Überlebensfähigkeit für sehr verbessert haben Frühgeborene. Die Belastung durch Lungenerkrankungen setzt sich jedoch über die neonatologische Intensivstation hinaus fort; die Überlebenden haben ein höheres Risiko für eine respiratorische Rehospitalisierung und eine verminderte Lungenkapazität. Die pulmonale Bildgebung des Neugeborenen war auf die klinische Beurteilung akuter Veränderungen des Atemstatus beschränkt. Die am weitesten verbreiteten klinischen Bildgebungsverfahren, Röntgen und Computertomographie (CT), weisen erhebliche Einschränkungen auf. Die Sensitivität der Thoraxröntgenaufnahme in der Akutsituation ist begrenzt, da Patienten mit erheblicher Atemfunktionsstörung möglicherweise nur geringfügige radiologische Anomalien aufweisen, und obwohl die CT als Goldstandard für die klinische Lungenbildgebung gilt, wird sie nicht weit verbreitet eingesetzt, da Neugeborene möglicherweise eine Sedierung benötigen, insbesondere bei hochgradig Auflösung CT und sind besonders anfällig für Schäden durch ionisierende Strahlung. Darüber hinaus ist die CT aufgrund des Zusammenhangs zwischen serieller Strahlenexposition und erhöhtem Krebsrisiko nicht für eine Längsschnittbeurteilung geeignet.

Als nichtionisierende Technik ist die Magnetresonanztomographie (MRT) eine ideale Modalität für die Lungenbildgebung; insbesondere bei Säuglingen und Kindern. Aufgrund der geringen Protonendichte des Lungenparenchyms (nur ca. 20 % derjenigen von festen Geweben), zahlreicher Luft-Gewebe-Grenzflächen, die zu einem schnellen Signalabfall führen, und kardialer und respiratorischer Bewegungsquellen, die die Bildqualität weiter verschlechtern, hat die MRT jedoch einiges zu bieten spielte eine begrenzte Rolle bei der Bewertung von Lungenpathologien. Die Lungen-MRT des Neugeborenen wird zusätzlich durch die geringe Patientengröße und die heikle Natur des Transports eines NICU-Patienten zum Scanner verfälscht. Um diese Einschränkungen zu überwinden, ist die Verwendung von eingeatmeten, hyperpolarisierten (HP) Edelgasen wie Helium-3 (3He) und Xenon-129 (129Xe) ins Spiel gekommen. Das Füllen der Lufträume in der Lunge mit einem dieser HP-Gase liefert ein ausreichendes Signal und einen ausreichenden Kontrast, um qualitativ hochwertige Bilder im MRT zu erhalten.

Sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern wurde intensiv mit der HP 3He-MRT gearbeitet, aber dieses Gas ist äußerst begrenzt verfügbar, wodurch es immer teurer wird. 129Xe hingegen ist Teil der Atmosphäre und unterliegt daher keinen Lieferengpässen. Außerdem löst sich Xenon im Lungengewebe und im Blut auf, ein Vorgang, der mit charakteristischen Verschiebungen der Resonanzfrequenz von 129Xe einhergeht. Dadurch kann die Aufnahme und der anschließende Transport von 129Xe-Gas durch den Lungenkreislauf mit einer zeitlichen und räumlichen Auflösung überwacht, quantifiziert und hinsichtlich der Lungenfunktion analysiert werden, die mit keiner anderen bestehenden nicht-invasiven Modalität möglich ist.

In dieser Studie wird die Lungenfunktion von bis zu 30 Säuglingen mit HP 129Xe MRT untersucht. Die Probanden werden intubierte und sedierte Neugeborene mit bekannter BPD-Diagnose sein. Obwohl diese Personen an einer Lungenerkrankung leiden und möglicherweise chronisch intubiert werden, sind sie klinisch stabil und nicht akut krank, was das Gesamtrisiko verringert. Beim Einatmen kann 129Xe im Lungenparenchym abgebildet werden. Unter Verwendung einer Reihe spezialisierter MRI-Pulssequenzen werden die Diffusions- und Gasaustauscheigenschaften von 129Xe in den Lungen dieser Probanden bewertet. Dies wird es den Forschern ermöglichen, die regionale Verteilung der Alveolargrößen, des Sauerstoffpartialdrucks, der Alveolarwanddicke und der Gastransporteffizienz der Mikrovaskulatur innerhalb der Lunge zu bestimmen. Jeder Teilnehmer wird einmal mit HP 129Xe MRT zusammen mit den zusätzlichen routinemäßigen Protonen-MRT-Sequenzen abgebildet, um die Struktur, das Volumen und die Durchblutung des Lungenparenchyms weiter zu bewerten.

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist die Entwicklung verbesserter quantitativer bildgebungsbasierter Lungenfunktionsparameter zur Bewertung von BPD und zur Bestimmung der phänotypischen Varianten von BPD mittels HP-MRT. Die HP-Gas-MRT bietet zusätzliche Informationen, die mit der CT, dem aktuellen Goldstandard für die Bildgebung dieser Störung, nicht gewonnen werden können. Darüber hinaus bietet die MRT den Vorteil der nichtionisierenden Strahlung, was in der pädiatrischen Population umso wichtiger ist, insbesondere in dieser Population, die möglicherweise ihr ganzes Leben lang wiederholt CT-Untersuchungen erhält. Obwohl auch ältere Kinder und Erwachsene von dieser Technologie profitieren können, wird die verbesserte Bildgebung und Phänotypisierung von BPD hoffentlich zu weiteren Verfeinerungen der Behandlung dieser komplexen Erkrankung führen.