UNM-Forscher patentiert eine bessere Methode zur Durchführung von MRT-Scans bei Patienten, die sich einer Hirntumoroperation unterziehen

„Das Interessante daran ist, dass es eine Fülle funktioneller und metabolischer Informationen in einem einzigen Scan liefert und sehr gut mit bestehenden klinischen MRT-Scannern kompatibel ist“, sagte Posse. „Wir können in nur drei Minuten einen klinisch aussagekräftigen Scan eines Patienten mit einem Gehirntumor durchführen.“

Die MRT-Untersuchung beruht auf der Allgegenwart von Wasserstoff in lebendem Gewebe (Wasser – H2O – ist das am häufigsten vorkommende Molekül im Körper) und der Tatsache, dass der Kern eines Wasserstoffatoms ein einzelnes Proton enthält. MRT-Geräte erzeugen ein starkes Magnetfeld, das in Verbindung mit Radiowellen die Protonen kurzzeitig polarisiert und sie dazu veranlasst, Radiosignale auszusenden, die zu einem Bild verarbeitet werden können, sagte Posse.

Strukturelle MRT-Scans erzeugen ein Bild, das unterschiedliche Gewebedichten widerspiegelt und Entspannungseigenschaften im Körper, beispielsweise im Gehirn, signalisiert.

Eine andere MRT-Methode – die funktionelle MRT (fMRT) – beleuchtet Gewebe, die stoffwechselaktiv sind. Bei der fMRT-Bildgebung des Gehirns erkennt der Scanner den erhöhten Blutfluss, der auftritt, wenn ein Gehirnnetzwerk aktiv wird, sagte Posse. Darüber hinaus kann die fMRT auch die subtilere Aktivität funktioneller Netzwerke erkennen, selbst wenn das Gehirn ruht.

Die MRT kann auch für die spektroskopische Bildgebung verwendet werden, die organische Moleküle identifiziert, die für eine bestimmte Art von Hirntumor einzigartig sind, und Radioonkologen dabei hilft, ihre Behandlungsbemühungen zu steuern. „Eine kürzlich durchgeführte Studie, die diese biochemischen Informationen nutzte, um Radioonkologen dabei zu helfen, ihre Behandlungsbemühungen auf aktive Tumore zu richten, zeigte ein verbessertes Überleben der Patienten“, sagte er.

Neurochirurgen können funktionelle und spektroskopische MRT-Scans nutzen, um sie bei der Entfernung von Krebsgewebe zu unterstützen und gleichzeitig zu vermeiden, dass benachbartes Gewebe beschädigt wird, das für eine normale neurologische Funktion erforderlich ist, sagte Posse. Beide Methoden sind jedoch zeitaufwändig, da jeder Scan normalerweise in separaten Sitzungen durchgeführt wird.

Das Patent von Posse stellt eine neue Möglichkeit dar, MRT-Scanner so zu programmieren, dass sie mithilfe eines hochentwickelten Datenanalysetools beide Aufgaben gleichzeitig ausführen können.

„Das Ziel dieses speziellen Patents besteht darin, über das derzeitige Paradigma der Erfassung jeweils eines Datentyps durch die gleichzeitige Erfassung mehrerer Bildmodalitäten hinauszugehen“, sagte er. „Wir kombinieren funktionelle MRT mit metabolischer Bildgebung – der spektroskopischen Bildgebung. Es verkürzt die gesamte Scanzeit erheblich. Mit unserer Hochgeschwindigkeitstechnik für funktionelle und spektroskopische Bildgebung verfügen wir über eine sehr leistungsstarke Möglichkeit, Daten sehr schnell zu sammeln.“

Derzeit werde die Neurochirurgie häufig an Patienten durchgeführt, die wach sind und Fragen beantworten oder eine Aufgabe ausführen, um festzustellen, ob der nächste Schnitt eine kritische Struktur beschädigen wird, sagte Posse. Durch die Kombination von funktioneller und spektroskopischer MRT-Untersuchung erhalten Neurochirurgen bessere Informationen und können den Patienten betäuben.

„Neurochirurgen haben sich immer hauptsächlich auf das motorische System, das Sprachsystem und vielleicht das visuelle und auditive Sinnessystem konzentriert“, sagte er. „Aber der frontale Kortex war schon immer ein Bereich, in dem sie nicht viel Einfluss hatten.

„Hier kommt die Ruhezustands-MRT ins Spiel. Sie ermöglicht uns eine umfassende Kartierung des Gehirns in allen Bereichen – insbesondere des frontalen Kortex, was mit herkömmlichen aufgabenbasierten funktionellen MRT-Gehirnscans nicht möglich ist.“ Wenn Sie genügend Daten sammeln, können Sie bis zu 100 verschiedene Ruhezustandsnetzwerke dissoziieren, die unterschiedliche Funktionen des Gehirns repräsentieren. 

Vorläufige Ergebnisse einer von Posse und Mitarbeitern an der University of Minnesota und der University of Pittsburgh durchgeführten Studie zeigen, dass die Ruhezustands-MRT sogar bei anästhesierten Patienten funktioniert. „Sie können den Patienten unter Narkose lassen und trotzdem die ruhenden Zustandsnetzwerke sehen“, sagte er. „Das eröffnet viele Möglichkeiten in der Art und Weise, wie Patienten behandelt werden.“

Posse hat kürzlich von den National Institutes of Health ein umfangreiches Small Business Technology Transfer-Stipendium erhalten, um seine innovative Echtzeit-fMRT-Bildgebungsmethode für das Gehirn im Ruhezustand weiterzuentwickeln. Seine Forschung liegt an der Schnittstelle zwischen Physik und moderner Medizin, aber seine größte Sorge gilt der Frage, wie seine Arbeit die Patientenergebnisse in einem realen klinischen Umfeld verbessern wird.