Boesiger, P.

Duc, C.O.

Meier, D.

Weber, O.M.

Wieser, H.G.

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Nicht-invasive lokalisierte Protonen-Magnetresonanz-Spektroskopiein der präoperativen Abklärung medikamentenresistenter EpilepsieC.O. Duc, O.M. Weber, D. Meier, H.G. Wieset, P. BoesigerInstitutför Biomedizinische Technik und Medizinische Informatik der Universität und Zürich, Schweiz^Institut fiir Neurologie, Universitätsspital Zürich, SchweizEINLEITUNGEpilepsien gehören weltweit zu den häufigsten Erkran-kungen des menschlichen Nervensystems [1]. Etwa einDrittel der Patienten spricht auf konventionelle antiepi-leptische Medikamente nicht (in befriedigender Weise)an, so dass eine operative Entfernung des epileptischenHerdes in Betracht zu ziehen ist. Zur Lokalisierung desepileptischen Fokus gilt nach wie vor das Elektroenze-phalogramm (EEG) als Standardmethode. Allerdingsmüssen zur Detektion von Spikes in tiefer liegendenHimregionen die Elektroden operativ in das vermutlicherkrankte Gebiet implantiert werden, was mit nicht uner-heblichen Risiken verbunden ist. Weitere häufig zurKonsultation beigezogene Methoden sind die Protonen-Emissions-Tomographie (PET), mit welcher z.B. derGlukose verbrauch des Gehirns abgebildet werden kann,oder die Single-Photon-Emissions-Computertomographie(SPECT), welche eine Abschätzung der Neurotransmit-torrezeptorendichte erlaubt. Bei diesen Methoden wirdder Körper jedoch radioaktiver Strahlung ausgesetzt.Im Gegensatz zu den oben erwähnten Methoden erlaubenMagnetresonanztechniken eine Charakterisierung vonGewebseigenschaften ohne jeglichen operativen Eingriffund ohne Belastung durch Röntgenbestrahlung. Währenddie konventionelle MR-Bildgebung (MRI) vor allemAufschluss über strukturelle Eigenschaften oder Verän-derungen des Gewebes gibt, erlaubt die nicht-invasiveProtonen-Magnetresonanz-Spektroskopie (JH MRS) einespezifische und quantitative Erfassung von Stoffwechsel-produkten in definierten Regionen des menschlichen Ge-hirns in vivo. Sie eignet sich daher vorzüglich zur Unter-suchung neurodegenerativer Prozesse und zur Langzeit-verfolgung beispielsweise von therapeutischen Effekten.Eingehende präoperative Abklärungen sind von entschei-dender Bedeutung für das Gelingen des klinischen Ein-griffes in das menschliche Gehirn. Bei der Temporal-lappenepilepsie (TLE), dem häufigsten Epilepsietypen[1,2], ist mehrheitlich der Hippokampus als epileptogeneZone aktiv. Wenn die epileptischen Entladungen nur vonder einen Seite ausgehen, besteht die Möglichkeit, durchselektive operative Entfernung des betreffendenHippokampus (sog. Amygdala-Hippokampektomie [3],AHX) vollständige Anfallsfreiheit zu erlangen. Dabeisind neurologische Defizite minimal, wenn der kontrala-terale Hirnteil die Funktionen aufrecht erhalten kann.Die Möglichkeit, mittels der nicht-invasiven, lokalisier-ten in vivo Protonenspektroskopie spezifischen Auf-schluss über degenerative Erscheinungen im Hippo-kampus von TLE-Patienten zu erhalten, wurde in einerkorrelativen Studie evaluiert. Hierzu wurden die spek-troskopischen Daten der pathologischen (ipsilateralen)Region mit dem kontralateralen Bereich in Patienten so-wie mit den Weiten von gesunden Probanden verglichen,ferner mit den Befunden zur Verfügung stehender (kon-ventioneller) Alternativmethoden (EEG, PET, SPECT,MRI, neurophysiologische Tests) und allenfalls vorhan-denen histologisch/histochemischen Analysen operativentnommener Proben.METHODENDie MRS-Untersuchungen wurden auf einem klinischen1.5T Ganzkörpertomographen (Philips Gyroscan ACSII)mit aktiv abgeschirmter Gradientenkopfspule durchge-führt. Anhand T2-gewichteter MR-Übersichtsbilder wer-den die spektroskopischen Volumen (2-3ml) derart posi-tioniert, dass sie die Hippokampusregion möglichsteinschliessen, aber keine Ventrikelbeiträge enthalten(Bild la,b). Zur Lokalisierung wurde die Doppel-Spin-Echo-Sequenz PRESS mit vorangehender selektiver Un-terdrückung des Wassersignals (CHESS) verwendet. ProSpektrum wurden Signale über ca. 10min bei einer Repe-titionszeit (TR) von 6s gemittelt. Wenn möglich wurdendie Spektren nacheinander bei langer (136ms) und kurzer(30ms) Echozeit in beiden Hirnhälften aufgenommen.Die Bestimmung der absoluten Metabolitenkozentratio-nen erfolgte mittels der Simulationsphantom-Methode,welche in einem anderen Beitrag dieses Kongressbandesbeschrieben ist. Hierbei wird die Messung an einem Ka-librationsphantom, welches den menschlichen Kopf si-muliert und eine Eichlösung enthält, mit denselben,optimierten Messparametern wiederholt (Figs. la-c).68 Patienten (28-49J., im Mittel 41j.) mit medikamenten-resistenter TLE wurden aufgrund EEG- und neurophy-siologischem Gutachten als Kandidaten für eine selektiveAHX ausgewählt. Weiterhin beinhaltete die präoperativeAbklärung klinisches MRI, FDG-PET und in einigenFällen SPECT.21 gesunde Probanden der selben Altersklasse wurdenzur Aufnahme von Kontrolldaten mit de'm gleichenMRS-Protokoll untersucht.230 Biomedizinische Technik · Band 41 · Ergänzungsband 1 · 1996Konz.(mM)ipsilateral CD kontralateral KontrolleFigs. 1: Das selektierte Volumen zur ]H MRS-Messungdes Hippokampus in vivo ist auf den M R-Bildern la,b ein-gezeichnet. Zur Bestimmung der Metabolitenkonzen-trationen wird die Messung am Kalibrationsphantom mitden selben Aufnahmeparametern wiederholt (Bild Ic).ERGEBNISSESpektren, welche im epileptogenen Hippokampus aufge-nommen wurden, zeigen charakteristische Veränderun-gen sowohl in Lang- wie in Kurz-Echozeit-Spektren imVergleich zur (relativ) gesunden Gegenseite (Figs. 2).— fcontralateral —*ipsilateralaAA G\x&MIfc 4 4 % *Figs. 2: Hippokampusspektren von TLE-Patienten. Die aufder epileptogenen (*ipsilateralen) Seite aufgenommen Spek-tren (unten; 2b: TE=136ms, 2d: TE=30ms) zeigen im Ver-gleich zu den kontralateralen Aufnahmen (oben; 2a:TE=136ms, 2c: TE=30ms) deutliche Unterschiede. Beson-ders markant ist die Reduktion von NAA (N-Azetyl-Aspartat). NAA gilt als neuronaler Marker und verschwindetmit dem Zugrundegehen von Nervenzellen. Nur in Kurz-Echozeit-Spektren (2c,d) sind Veränderungen im Bereichvon Glutamin/Glutamat (Glx) und Myo-Inositol (MI) detek-tierbar. Letztere geben Hinweise aufdiose.Die absolute Quantifizierung der Stoffwechselprodukteergab signifikant reduzierte Konzentrationen für NAAund Kreatin auf der epileptogenen Seite; interessanter-weise war auch auf der Gegenseite eine im Mittel signi-fikant reduzierte NAA-Konzentration zu messen, welcheetwa zwischen dem Normalwert und dem ipsilateralenpathologischen Wert liegt (Fig. 3).14.012.0B.O0.02.0O.ONAA Cholin Kreatin (NAA/Cho)Fig. 3: Der neuronale Marker NAA weist im epileptoge-nen Hippokampus der Patienten im Vergleich zu denKontrollen stark erniedrigte Konzentrationswerte auf(p=O.OOJ**). Wichtig ist weiterhin die Erkenntnis, dassauch kontralateral zum epileptogenen Fokus die NAA-Konzentration bei Patienten signifikant unter dem Nor-malwert liegt (p<0.03*).DISKUSSIONDie hochsignifikante Konzentrationsabnahme von NAA,einem spezifisch neuronalen Metaboliten [4], im epilep-togenen Hippokampus von TLE-Patienten korreliert gutmit den histologischen Berichten über starke Nervende-generation in operativ entnommen Hippokampusproben[2,5]. Eine Reduktion der NAA-Konzentration auchkontralateral zum (hauptsächlich) erkrankten Hippo-kampus ist für die präoperative Evaluation von Bedeu-tung, da für die Aufrechterhaltung gewisser Hirnfunktio-nen mindestens ein funktioneller Hippokampus nochvorhanden muss.Auch die häufig beobachteten Veränderungen in Kurz-Echozeit-Spektren, nämlich erhöhte Signale im Bereichvon Myo-Inositol und der Trend zur Verschiebung vonGlutamat zu Glutamin und -Derivaten, kann in Überein-stimmung mit dem häufigen Befund von Astrogliose(d.h. einer Vermehrung nicht-neuronaler Hirnzellen) inhistologischen Analysen interpretiert werden: sowohlMyo-Inositol wie auch Glutamin (und -Derivate) sind inGliazellen in höheren Konzentrationen vorhanden [6],während Glutamat in Nervenzellen stärker konzentriertist.Die Resultate der volumenselektiven JH MRS stimmenferner mit denjenigen der konventionellen Diagnostiküberein, was für einen routinemässigen Einsatz diesernicht-invasiven Methode in der medizinische (präopera-tive) Abklärung spricht.LITERATURHINWEISE1. K. Masuhr. M. Neumann: Ncurologie, Hippokrates Verlag Stuttgart (1992)2. A.V. Delgado-Escueta et al., Adv. Neurol. 44,3-55 (1986)3. H.G. Wieser, Adv. & Techn. Standards in Neurosurgery 13,39-133 (1986)4. F.A. Howe, J.R. Griffiths et al., Magnet. Reson. Quarterly 9.31-59 (1993)5. C.R. Hauser, Brain Res. 535, 195-204 (1990)6. J. Pceling and G. Sutherland, Magnet. Reson. Med. 24, 123-136 (1992)Biomedizinische Technik · Band 41 · Ergänzungsband 1 · 1996 231

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