Anlässlich des 24. Jahrestreffens der Internationalen Gesellschaft für Magnetresonanz in der Medizin (International Society for Magnetic Resonance in Medicine/ISMRM) in Singapur geben die Case Western Reserve University (CWRU) und Siemens Healthcare eine exklusive Forschungspartnerschaft bekannt, in deren Rahmen sie die Methode des Magnetresonanz-Fingerabdrucks (Magnetic Resonance Fingerprinting/MRF) gemeinsam weiterentwickeln. Forscher der US-Hochschule in Cleveland, Ohio, und Siemens-Entwickler werden diese vielversprechende Methode zur quantitativen Gewebeanalyse weiter verfeinern.

Ziel der MR-Fingerabdruck-Methode ist es, einzelne Gewebe und Erkrankungen zu identifizieren, ähnlich der Erkennung von menschlichen Fingerabdrücken in der Forensik. Während in der Forensik der Abgleich des Fingerabdrucks zu den Kennzeichen der zugehörigen Person führt (Name, Größe, Gewicht, Augenfarbe, Geburtsdatum etc.), sind im MRF-Lexikon die MR-bezogenen Gewebeinformationen hinterlegt.

"Wir arbeiten seit 30 Jahren mit Siemens zusammen, um neue MRT-Technologien zu entwickeln und anzuwenden, und wir freuen uns, diese großartige Partnerschaft fortzusetzen", sagt Dr. Mark Griswold, Prof. für Radiologie an der CWRU und zugleich Konferenzleiter des diesjährigen ISMRM. "Wir sind froh und stolz, der exklusive Partner der Case Western Reserve University zu sein, um die MR-Fingerabdruck-Methode weiterzuentwickeln", betont Dr. Christoph Zindel, Geschäftsführer der Siemens-Magnetresonanztomographie. "Solch innovative Applikationen können nur in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie realisiert werden", so Zindel. "Ziel ist es, mit MRF einzelne Gewebe und Erkrankungen zu identifizieren und zu charakterisieren", erläutert Griswold. "Doch um dorthin zu kommen, mussten wir vieles von dem überdenken, was wir bei der MR-Bildgebung tun."

Frühere und schnellere Charakterisierung krankhaften Gewebes

Die MR-Fingerabdruck-Methode ist eine neuartige, besonders vielseitige und aussagekräftige Messtechnik – mit dem Ziel einer nicht-invasiven, Anwender- und Scanner-unabhängigen Quantifizierung der Gewebeeigenschaften. MRF misst gleichzeitig verschiedenste Parameter und quantifiziert simultan eine Vielzahl wichtiger Gewebeeigenschaften.

Bislang werden MR-Bilder hauptsächlich qualitativ beurteilt, indem die Pathologie mithilfe der Kontrastunterschiede zwischen verschiedenen Geweben charakterisiert wird, statt absolute Messungen einzelner Gewebeteile durchzuführen. Es gibt zwar bereits quantitative Sequenzen, um etwa die Diffusion, Fett-/Eisen-Ablagerungen, die Perfusion oder Relaxationszeiten zu messen, doch diese Sequenzen benötigen oft zusätzliche Scan-Zeit und die Ergebnisse variieren je nach Scanner und Anwender. Aufgrund seiner geringen Varianz bei einer Vielzahl von Untersuchungen und der erwarteten Reproduzierbarkeit auf verschiedenen Scannern und in unterschiedlichen Institutionen, könnte MRF zur präziseren Überwachung und Beurteilung von Patientenbehandlungen beitragen.

Die MR-Fingerabdruck-Methode

MRF akquiriert keine traditionellen klinischen Bilder, sondern erfasst Gewebeinformation auf Basis der Signalentwicklung eines jeden Voxels. Die Akquisitions-Parameter werden dabei in einer Pseudo-Randomisierung variiert, die Signalentwicklung wird jeweils aufgezeichnet und dann mit einer Datenbank – dem "Lexikon" – verglichen, um den Eintrag zu finden, der am ehesten der akquirierten Signalentwicklung jedes Voxels entspricht.

Die Signalentwicklungen entsprechen in vielfältiger Weise sozusagen den "Fingerabdrücken" der Gewebeeigenschaften, die – wie bei der Erkennung von menschlichen Fingerabdrücken in der Forensik – allerdings nur dann ausgewertet werden können, wenn sie mit einer Datei abgeglichen werden, die alle bekannten Abdrücke enthält. Das MRF-Lexikon entspricht somit der Datenbank, die alle vorhandenen Fingerabdrücke beinhaltet – zusammen mit allen Informationen über die jeweilige Person. Während in der Forensik der Abgleich des Fingerabdrucks zu den Kennzeichen der zugehörigen Person führt (Name, Größe, Gewicht, Augenfarbe, Geburtsdatum etc.), sind im MRF-Lexikon die MR-bezogenen Gewebeinformationen hinterlegt (wie T1, T2, relative Spindichte, B0, Diffusion u.a.).

Im Rahmen der Partnerschaft treiben die CWRU-Forscher die Ausweitung der Methode auf verschiedenste Gewebeeigenschaften voran. Zugleich arbeitet die Universität an der Ausdehnung auf weitere klinische Anwendungsfelder. Erfolgreich getestet wurde das neue Verfahren bereits bei Patienten mit Hirn- und Prostatatumoren und bei Brustkrebspatientinnen mit Lebermetastasen, es wurde aber ebenso für Herzuntersuchungen und bei Patienten mit Multipler Sklerose eingesetzt.

Siemens legt in der Zusammenarbeit einen Fokus auf die Verbesserung der Reproduzierbarkeit und die Möglichkeit, das Verfahren auf unterschiedliche MRT-Scanner und Feldstärken zu übertragen. Die Case Western Reserve University arbeitet mit mehreren Siemens-Systemen, im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird das 3-Tesla-System Magnetom Skyra genutzt.

Nutzer des Work-in-Progress-Pakets bestätigen mögliche Vorteile

Ein erstes Ergebnis der seit September 2015 laufenden Zusammenarbeit ist ein sogenanntes Work-in-Progress-(WIP)-Paket, ein Bildgebungspaket für ausgewählte Siemens-Scanner in der Forschungsanwendung. Derartige WIP-Pakete werden bereits seit Januar 2016 im Universitätsklinikum Essen und an der Medizinischen Universität Wien erfolgreich erprobt, die ebenfalls mit MRT-Systemen von Siemens arbeiten.

"Mit der MR-Fingerabdruck-Methode sehen wir mehr Details als mit der Standard-Bildgebung, und sie hat das Potenzial, die MR-Bildgebung neu zu definieren", bekräftigt Prof. Dr. Siegfried Trattnig vom Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR an der Medizinischen Universität Wien mit Blick auf erste Studien an Patienten mit malignen Hirntumoren und niedriggradigen Gliomen. "Auf diese Weise wird MRF uns Radiologen helfen, den Paradigmenwechsel von der qualitativen zur quantitativen Bildgebung zu erreichen und die quantitativen Daten in der täglichen Routine einzusetzen", ist Trattnig überzeugt. MRF habe die Fähigkeit, die Scan-Zeiten künftig zu verkürzen und so merkliche Kosteneinsparungen zu ermöglichen.