Magnetresonanzspektroskopie

Als Magnetresonanzspektroskopie (MRS) wird in der Medizin und Biochemie ein auf der Kernspinresonanz basierendes Verfahren bezeichnet, mit dem biochemische Beobachtungen ortsaufgelöst in einem Volumenelement durchgeführt werden können. Damit können verschiedene chemische Substanzen (siehe Metaboliten) im lebenden Gewebe aufgrund ihrer chemischen Verschiebung identifiziert und quantifiziert werden.

Magnetresonanzspektroskopie eines Abschnittes im Gehirn eines Patienten. In den drei linken MRT-Aufnahmen wird das Messgebiet durch den weißen Kasten markiert. Rechts das dazugehörige NMR-Spektrum mit den Peaks von NAA (N-Acetylaspartat) Cho (Cholin) und Cr (Creatin/Phosphocreatin)

Grundlagen

Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) leitet sich von der NMR-Spektroskopie ab und bezeichnet gewöhnlich die In-vivo-Methode zur Messung von Metaboliten-Konzentrationen in verschiedenen Geweben. Am häufigsten werden dabei Messungen an den per NMR am besten zugänglichen und in biologischen Geweben in großer Menge vorhandenen Wasserstoff-(¹H)-Kernen durchgeführt, seltener auch an Phosphor (³¹P) oder Kohlenstoff (¹³C). (Weitere Grundlagen zur NMR-Spektroskopie dort.)

Mit Hilfe der ¹H-MRS an einer klinischen Magnetresonanztomografie-Anlage können N-Acetylaspartat als neuronaler Marker oder Cholin-enthaltende Moleküle als Zellmembran-Marker nachgewiesen werden. Außerdem sind Laktat und Citrat sowie die CH₂- und CH₃-Gruppen von Lipiden und anderen Makromolekülen detektierbar. Die ³¹P-MRS dient hauptsächlich zur Untersuchung des zellulären Energiestoffwechsels, während die ¹³C-MRS einen Einblick in den zellulären Glucose-Stoffwechsel gewährt. Klinische Studien sind hauptsächlich an Gehirn, Skelettmuskel, Herz, Leber und Prostata durchgeführt worden. In den letzten Jahren haben klinische MRS-Studien in der Onkologie deutlich zugenommen.

Technik

Die MRS ermöglicht es, biochemische Eigenschaften von Gewebe darzustellen und Unterschiede von der physiologischen Norm zu erkennen. So enthält gutartiges Prostatagewebe mehr Citrat, aber weniger Cholin als entartetes Gewebe. Am lebenden Gehirn ermöglicht sie, den Stoffwechsel der Phospholipide und energiereichen Phosphate darzustellen.

Bei der MRS kann ein bestimmtes Volumen, das vorher auf Übersichtsbildern positioniert wird, in einem Gewebe gemessen werden. Diese Methode wird auch als Single-Voxel-Spektroskopie (SVS) bezeichnet. Es ist auch möglich, mehrere Voxel gleichzeitig zu messen, wobei ein größeres lokalisiertes Volumen durch Phasenkodierung in mehrere kleine Volumina unterteilt wird. Diese Methode nennt sich Multivoxel-Spektroskopie oder Chemical Shift Imaging (CSI) und kann in zwei oder drei Dimensionen ausgeführt werden.

Einsatzbereiche

Prostatakarzinom: Kombiniert mit einer Magnetresonanztomographie kann die dreidimensionale MRS bei übereinstimmenden Ergebnissen beider Verfahren mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 90 % auf das Vorliegen von bösartig entartetem Prostatagewebe hinweisen. Die Kombination beider Verfahren kann sowohl bei der Planung von Biopsien und Therapien der Prostata, als auch zur Kontrolle des Erfolges einer Therapie hilfreich sein.

Leistungssport: Mit der ¹H-MRS sind Abschätzungen des Carnosingehalts möglich, welcher mit dem relativen Anteil von Muskelfasertypen korreliert. Dies erlaubt beispielsweise eine Prognose hinsichtlich des Schnellkraftpotentials von Muskelgruppen. Der individuelle Vergleich von Untersuchungsbefunden vor und nach Trainingsabschnitten wird auch zur Beurteilung der Trainingswirkung herangezogen.

Im Rahmen der Schizophrenieforschung wird sie ebenfalls verwendet.

Siehe auch

• Computertomographie (CT)
• Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

Einzelnachweise

1. Christian Geppert: Methodische Entwicklungen zur spektroskopischen ¹H-NMR-Bildgebung. Cuvillier Verlag, Verlagsort 2005, ISBN 3-86537-510-3, S. 104 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
2. D. A. Porter, M. A. Smith: Magnetic resonance spectroscopy in vivo. In: Journal of biomedical engineering. Band 10, Nr. 6, 1988, S. 562–568, PMID 3070174. 
3. Robert W. Prost: Magnetic resonance spectroscopy. In: Medical Physics. Band 35, Nr. 10, 2008, S. 4530–4544, doi:10.1118/1.2975225. 
4. I. Jane Cox: Development and applications of in vivo clinical magnetic resonance spectroscopy. In: Progress in Biophysics and Molecular Biology. Band 65, Nr. 1–2, S. 45–81, doi:10.1016/S0079-6107(96)00006-5. 
5. A. Shukla-Dave, H. Hricak, P. T. Scardino: Imaging low-risk prostate cancer. In: Current opinion in urology. Band 18, Nr. 1, 2008, S. 78–86, doi:10.1097/MOU.0b013e3282f13adc. 
6. J. L. Spratlin, N. J. Serkova, S. G. Eckhardt: Clinical applications of metabolomics in oncology: a review. In: Clinical Cancer Research. Band 15, Nr. 2, 2009, S. 431–440, doi:10.1158/1078-0432.CCR-08-1059. 
7. U. G. Mueller-Lisse, M. Scherr: 1H-MR-Spektroskopie der Prostata: Ein Überblick. In: Der Radiologe. Band 43, Nr. 6, 2003, S. 481–488, doi:10.1007/s00117-003-0902-y. 
8. S. Riehemann, H. P. Volz, S. Smesny, Gabriele Hübner, B. Wenda, Grit Rößger, H. Sauer: Phosphor-Magnetresonanzspektroskopie in der Schizophrenieforschung Zur Pathophysiologie des zerebralen Stoffwechsels energiereicher Phosphate und Membranphospholipide. In: Der Nervenarzt. Band 71, Nr. 5, 2000, S. 354–363, doi:10.1007/s001150050569. 
9. J. Frahm, H. Bruhn, M. L. Gyngell, K. D. Merboldt, W. Hänicke, R. Sauter: Localized high-resolution proton NMR spectroscopy using stimulated echoes: Initial applications to human brain in vivo. In: Magnetic Resonance in Medicine. Band 9, Nr. 1, 1989, S. 79–93, doi:10.1002/mrm.1910090110. 
10. Oded Gonen, James B. Murdoch, Radka Stoyanova, Gadi Goelman: 3D multivoxel proton spectroscopy of human brain using a hybrid of 8th-order hadamard encoding with 2D chemical shift imaging. In: Magnetic Resonance in Medicine. Band 39, Nr. 1, 1998, S. 34–40, doi:10.1002/mrm.1910390108. 
11. A. Baguet, I. Everaert, P. Hespel et al.: A new method for non-invasive estimation of human muscle fiber type composition. In: PLoS ONE. 7. Juli 2011, doi:10.1371/journal.pone.0021956, PMC 3131401 (freier Volltext).