German press

2010.01.12 Tagesspiegel: Schallwellen spüren Krankheiten auf

2009.03.17 Süddeutsche Zeitung: Außen hart und innen ganz weich

2008.08.22 Handelsblatt: Feinfühlige Apparate erlernen das Abtasten

2008.02.08 | 6 DMW:Magnetresonanz-Elastographie

MR Elastographie

Krankhafte Organveränderungen gehen oft mit einer starken Änderung der Elastizität des Gewebes einher. Deshalb ist in der ärztlichen Praxis der klassische Tastbefund ein wichtiger Indikator für den Gesundheitszustand oberflächennaher Gewebeschichten. Oft sind solche manuellen Tastbefunde sogar signifikanter als moderne nichtinvasive Verfahren der medizinischen Bildgebung (CT, MRI, Ultraschall). Die Sensitivität der Methode beruht auf den großen Unterschieden im Schermodul biologischen Gewebes. Im menschlichen Körper variiert das Schermodul von „butterweichem“ Fettgewebe (ca 0.5 kPa) bis zum „knochenharten“ Skelett (ca. 1 GPa) über sieben Größenordnungen.

Um diese enorme Sensitivität als Kontrastparameter in der medizinischen Bildgebung nutzbar zu machen, wurde in den Neunzigerjahren die Elastographie erfunden (1-7). Mittlerweile gibt es die Elastographie in der Ultraschall-Bildgebung und im MRT. Das Grundprinzip ist dasselbe: Es wird ein statischer oder dynamischer Stress erzeugt und die elastische Antwort des Gewebes (die Verzerrung) mittels Bildgebung dargestellt. Im Ultraschall finden Kreuzkorrelations- oder Dopplertechniken zur Messung der Auslenkungsgeschwindigkeit Anwendung. In der MR Elastographie (MRE) wird die Gewebeverzerrung mittels phasensensitiver Gradienten kodiert. Beide Methoden haben Vor- und Nachteile, z.B. ist die Ultraschallelastographie eine sehr schnelle Methode, die es ermöglicht, Verzerrungen in Echtzeit aufzunehmen. Dagegen erlaubt die MRE die Kodierung des vollen Vektorfeldes der Verzerrung, was für die Messung anisotroper und nichtlineare Elastizitäten wichtig ist. Außerdem ermöglicht die MRE in exzellenter dreidimensionaler Auflösung die Bildgebung von mechanisch abgeschirmten Organen, wie dem Gehirn, die für Ultraschall (noch) unzugänglich sind.

In der MRE hat sich die Anwendung von Scherwellen zur Abtastung tieferliegender Gewebeschichten bewährt. Dabei werden mittels mechanischer Anregungseinheiten von der Oberfläche des Patienten entweder transiente Impulse oder harmonische Vibrationen (50-200 Hz) in das zu untersuchende Gewebe eingebracht. Die Auslesung der Verzerrungsfelder erfolgt mittels oszillierender Gradienten, die in beliebige Raumrichtungen angewandt werden können (8-15).

Auf dem derzeitigen Stand der Technik wird die MRE für in vivo Pilotuntersuchungen an Muskel, Hirn, Leber, Prostata und Mammagewebe eingesetzt (8,13-20). Die Forschung in der MRE-Arbeitsgruppe an der Charité unter Leitung von Dr. Ingolf Sack (Emmy-Noether-Stipendiat der DFG) zielt auf eine breite Anwendbarkeit der Methode in der klinischen Routine. Dabei werden sowohl theoretische Aspekte der Scherwellenausbreitung in biologischem Gewebe erforscht, wie auch praktische Entwicklungen zur verbesserten, reproduzierbaren Messung von Schersteifigkeiten in gesundem und erkranktem Gewebe getätigt.

Die aktuellen der Projekte der AG Sack

• MR-Methodenentwicklung: Schnelle MRE an weichem und viskosem Gewebe
• Wellentheorie: Nahfeldeffekte im Wellenbild
• Anwendung der MRE zur Bestimmung anisotroper Elastizitäten im Skelettmuskel
• Bestimmung nichtlinearer Elastizitäten mittels anharmonischer MRE
• Anwendung der MRE in klinischen Pilotstudien zur Bestimmung von Lebersteifigkeiten
• Bestimmung von myokardialen Steifigkeiten
• Beobachtung von Scherwellenstreuung im Hirnparenchyma
• In vivo Bestimmung neuronaler Elastizitäten
• T2-Relaxationszeitbestimmung zur Messung von Skelettmuskelaktivitäten

Literatur

1. Ophir J, Cespedes I, Ponnekanti H, Yazdi Y, Li X. Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues. Ultrason Imaging 1991;13(2):111-134.

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3. Yamakoshi Y, Sato J, Sato T. Ultrasonic imaging of internal vibration of soft tissue under forced vibrations. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 1990;37:45-53.

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9. Weaver JB, Van Houten EEW, Miga MI, Kennedy FE, Paulsen KD. Magnetic resonance elastography using 3D gradient echo measurements of steady-state motion. Med Phys 2001;28(8):1620-1628.

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