Die Magnetresonanztomografie (MRT) zählt zu den wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Neurologie. Weltweit werden jährlich mehr als 100 Millionen MRT-Untersuchungen durchgeführt. In der klinischen Routine dient die Methode bislang vor allem der morphologischen Beurteilung von Gewebeveränderungen. Gerade bei heterogenen Erkrankungen wie Multipler Sklerose (MS), Hirntumoren oder neurodegenerativen Erkrankungen besteht jedoch Bedarf an Verfahren, die zusätzliche quantitative Biomarker für eine präzisere Charakterisierung von Krankheitsprozessen liefern.
Ein Forschungsteam der University of Illinois Urbana-Champaign hat nun in ‘Nature’ ein neues MRT-Verfahren vorgestellt. Die sogenannte „multiplexed MRI“ (MRx) kombiniert hochauflösende multiparametrische Bildgebung mit KI-gestützter Datenverarbeitung und ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von mehr als 20 Biomarkern in einem einzigen Scan. Die Untersuchungen wurden an Standard-MRT-Systemen durchgeführt.
Kombination struktureller und molekularer Bildgebung
Konventionelle MRT-Verfahren basieren primär auf Signalen von Wassermolekülen im Gewebe. MRx erweitert diesen Ansatz um die simultane Darstellung weiterer molekularer Signale, darunter Metaboliten und Neurotransmitter. Laut den Autoren integriert das Verfahren ultraschnelle Datenerfassung mit physikbasierten Machine-Learning-Methoden.
„MRx ist ein neues KI-gestütztes Bildgebungsverfahren, das zahlreiche Marker ohne den Einsatz von Kontrastmitteln erfassen kann“, erklärte Studienautor Rong Guo, heute Senior Scientist bei Siemens Healthineers.
Ein kompletter Ganzhirnscan dauert etwa 14 Minuten und liegt damit deutlich unter der Dauer konventioneller multikontrastbasierter MRT-Protokolle, die bis zu einer Stunde beanspruchen können.
Biomarker-Muster ermöglichen präzisere Charakterisierung von MS-Läsionen
Die Forscher testeten MRx unter anderem bei Patienten mit Multipler Sklerose und Hirntumoren. Die kombinierte Analyse der MRx-Biomarker erlaubte laut den Autoren eine Charakterisierung von Läsionen in unterschiedlichen Stadien. Erfasst wurden Veränderungen, die mit Entzündung, Demyelinisierung, Gliose, axonaler Schädigung und metabolischer Aktivität assoziiert waren – ohne Einsatz von Kontrastmitteln.
Darüber hinaus identifizierte das Team subtile Biomarker-Muster, die laut den Autoren auf frühe Gewebeveränderungen hinweisen und Informationen zur Läsionsprogression liefern könnten.
Auch bei Hirntumoren zeigte MRx strukturelle, physiologische und molekulare Veränderungen des Tumormikromilieus. Beschrieben wurden unter anderem metabolische Veränderungen, Ödeme, axonale Schäden und Demyelinisierung.
Potenzial für präzisere Diagnostik und Verlaufsbeurteilung
Die Autoren sehen in MRx einen möglichen Ansatz zur erweiterten Gewebecharakterisierung bei neurologischen Erkrankungen. Durch die gleichzeitige Erfassung multipler Biomarker könnte das Verfahren zusätzliche Informationen zur Krankheitsheterogenität liefern und die diagnostische Einordnung ergänzen.
Die bisher publizierten Daten zeigen das technische Potenzial des Verfahrens unter klinischen Bedingungen. Weitere Studien sind erforderlich, um die Reproduzierbarkeit, den klinischen Nutzen und den Stellenwert von MRx für Diagnostik, Therapie-Monitoring und Verlaufsbeurteilung bei MS und anderen neurologischen Erkrankungen zu prüfen.