Advertisement

Aktuelle Techniken der Magnetresonanztomographie in der Neuropädiatrie

Anwendungen für Diagnostik, perioperatives Management und Therapiekontrollen
  • M. Wilke
  • S. Dreha-KulaczewskiEmail author
Leitthema
  • 15 Downloads

Zusammenfassung

Hintergrund

Die Magnetresonanztomographie (MRT) leistet einen essenziellen Beitrag im Management pädiatrischer Patienten. Eine herausragende Rolle im klinischen Alltag in der Neuropädiatrie spielt unbestritten die konventionelle MR-Schnittbildgebung, die eine exzellente Beurteilung der Strukturen des Zentralnervensystems ermöglicht. Technische Fortschritte der letzten Jahre eröffnen nun darüber weit hinausgehende Einblicke in Hirnfunktionen, Stoffwechselvorgänge, Physiologie und Pathophysiologie der Liquordynamik sowie in Myelinisierungsvorgänge als Teil der Hirnentwicklung.

Ziel der Arbeit

Die aktuell wichtigsten MR-Techniken mit ihren etablierten und zukünftigen Anwendungen für Fragestellungen in der Neuropädiatrie sollen dargestellt werden. Hierzu zählen die Diffusionsbildgebung, die funktionelle MRT, die 1H-MR-Spektroskopie und die Echtzeit-Fluss-MRT. Weiterhin wird auf das Magnetisierungstransfer-Imaging sowie das „myelin water imaging“ als zwei der neuen, myelinsensitiven MR-Sequenzen eingegangen. Die besonderen Herausforderungen für den Einsatz der MR-Techniken bei Kindern, wie Reduktion der Lautstärke und der Bewegungsartefakte, werden ebenfalls diskutiert. Bessere Kenntnisse über die Möglichkeiten der aktuellen MRT-Verfahren sollen Kinderärzte bei der Indikationsstellung und Interpretation der Ergebnisse unterstützen und damit zur besseren Diagnostik beitragen.

Schlüsselwörter

Diffusionsbildgebung Funktionelle Magnetresonanztomographie Magnetresonanzspektroskopie Liquorfluss Myelinbildgebung 

Current techniques of magnetic resonance imaging in neuropediatrics

Applications for diagnostics, perioperative management and treatment control

Abstract

Background

Magnetic resonance imaging (MRI) plays an importance role in the management of pediatric patients. Assessment of the central nervous system structures by conventional MRI constitutes an essential part of the neuropediatric clinical routine. Substantial advancements in several MRI techniques over the past years have facilitated new insights into brain function, metabolic processes, physiology and pathophysiology of flow dynamics of cerebrospinal fluid as well as myelination as an aspect of brain maturation.

Aim

Current relevant advanced magnetic resonance (MR) techniques such as diffusion-weighted imaging, functional MRI, 1H-MR spectroscopy and real-time flow MRI are discussed and their applications and future prospects presented. Furthermore, myelin-sensitive MR sequences, e. g. magnetization transfer imaging and myelin-water imaging are described. Children present unique challenges for the broad use of MRI; to this effect, reduction of noise as well as approaches to reduce movement artifacts are addressed. A more in-depth knowledge about advanced MRI techniques should support pediatricians in their use, interpretation of results thus improve clinical managements.

Keywords

Diffusion imaging Functional magnetic resonance imaging Magnetic resonance spectroscopy Cerebrospinal fluid flow Myelin imaging 

Notes

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt

M. Wilke und S. Dreha-Kulaczewski geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Alle beschriebenen Untersuchungen am Menschen wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethik-Kommission, im Einklang mit nationalem Recht sowie gemäß der Deklaration von Helsinki von 1975 (in der aktuellen, überarbeiteten Fassung) durchgeführt. Von allen beteiligten Patienten bzw. deren Eltern oder Erziehungsberechtigen liegt eine Einverständniserklärung vor.

Literatur

  1. 1.
    Ahmad R, Hu HH, Krishnamurthy R (2018) Reducing sedation for pediatric body MRI using accelerated and abbreviated imaging protocols. Pediatr Radiol 48:37–49CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Alexander AL, Hurley SA, Samsonov AA et al (2011) Characterization of cerebral white matter properties using quantitative magnetic resonance imaging stains. Brain Connect 1:423–446CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Altman NR, Bernal B (2015) Pediatric applications of functional magnetic resonance imaging. Pediatr Radiol 45(Suppl 3):S382–S396CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    Brockmann K, Bjornstad A, Dechent P et al (2002) Succinate in dystrophic white matter: a proton magnetic resonance spectroscopy finding characteristic for complex II deficiency. Ann Neurol 52:38–46CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Deoni SC, Dean DC 3rd, O’Muircheartaigh J et al (2012) Investigating white matter development in infancy and early childhood using myelin water faction and relaxation time mapping. Neuroimage 63:1038–1053CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Dreha-Kulaczewski S, Joseph AA, Merboldt KD et al (2015) Inspiration is the major regulator of human CSF flow. J Neurosci 35:2485–2491CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    Dreha-Kulaczewski S, Joseph AA, Merboldt KD et al (2017) Identification of the upward movement of human CSF in vivo and its relation to the brain venous system. J Neurosci 37:2395–2402CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Dreha-Kulaczewski S, Kalscheuer V, Tzschach A et al (2014) A novel SLC6A8 mutation in a large family with X‑linked intellectual disability: clinical and proton magnetic resonance spectroscopy data of both Hemizygous males and Heterozygous females. JIMD Rep 13:91–99CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Dreha-Kulaczewski S, Konopka M, Joseph AA et al (2018) Respiration and the watershed of spinal CSF flow in humans. Sci Rep 8:5594CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Dreha-Kulaczewski SF, Brockmann K, Henneke M et al (2012) Assessment of myelination in hypomyelinating disorders by quantitative MRI. J Magn Reson Imaging 36:1329–1338CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    Farquharson S, Tournier JD, Calamante F et al (2013) White matter fiber tractography: why we need to move beyond DTI. J Neurosurg 118:1367–1377CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    Fiori S, Zendler C, Hauser TK et al (2018) Assessing motor, visual and language function using a single 5‑minute fMRI paradigm: three birds with one stone. Brain Imaging Behav.  https://doi.org/10.1007/s11682-018-9848-6 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  13. 13.
    Hanefeld FA, Brockmann K, Pouwels PJ et al (2005) Quantitative proton MRS of Pelizaeus-Merzbacher disease: evidence of dys- and hypomyelination. Neurology 65:701–706CrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    Joseph AA, Merboldt KD, Voit D et al (2012) Real-time phase-contrast MRI of cardiovascular blood flow using undersampled radial fast low-angle shot and nonlinear inverse reconstruction. NMR Biomed 25:917–924CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Kreis R, Ernst T, Ross BD (1993) Development of the human brain: in vivo quantification of metabolite and water content with proton magnetic resonance spectroscopy. Magn Reson Med 30:424–437CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Lee HN, Yoon CS, Lee YM (2018) Correlation of serum biomarkers and magnetic resonance spectroscopy in monitoring disease progression in patients with mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes Due to mtDNA A3243G mutation. Front Neurol 9:621CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Lorenzen A, Groeschel S, Ernemann U et al (2018) Role of presurgical functional MRI and diffusion MR tractography in pediatric low-grade brain tumor surgery: a single-center study. Childs Nerv Syst 34:2241–2248CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    Marjanska M, Auerbach EJ, Valabregue R et al (2012) Localized 1H NMR spectroscopy in different regions of human brain in vivo at 7 T: T2 relaxation times and concentrations of cerebral metabolites. NMR Biomed 25:332–339CrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    Oz G, Alger JR, Barker PB et al (2014) Clinical proton MR spectroscopy in central nervous system disorders. Radiology 270:658–679CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    Pouwels PJ, Vanderver A, Bernard G et al (2014) Hypomyelinating leukodystrophies: translational research progress and prospects. Ann Neurol 76:5–19CrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    Samsonov A, Alexander AL, Mossahebi P et al (2012) Quantitative MR imaging of two-pool magnetization transfer model parameters in myelin mutant shaking pup. Neuroimage 62:1390–1398CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Schwamm LH, Koroshetz WJ, Sorensen AG et al (1998) Time course of lesion development in patients with acute stroke: serial diffusion- and hemodynamic-weighted magnetic resonance imaging. Stroke 29:2268–2276CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Steinfeld R, Grapp M, Kraetzner R et al (2009) Folate receptor alpha defect causes cerebral folate transport deficiency: a treatable neurodegenerative disorder associated with disturbed myelin metabolism. Am J Hum Genet 85:354–363CrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    Uecker M, Zhang S, Voit D et al (2010) Real-time MRI at a resolution of 20 ms. NMR Biomed 23:986–994CrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Weisstanner C, Kasprian G, Gruber GM et al (2015) MRI of the fetal brain. Clin Neuroradiol 25(Suppl 2):189–196CrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    Wengenroth M, Blatow M, Guenther J et al (2011) Diagnostic benefits of presurgical fMRI in patients with brain tumours in the primary sensorimotor cortex. Eur Radiol 21:1517–1525CrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    Wijnen JP, Idema AJ, Stawicki M et al (2012) Quantitative short echo time 1H MRSI of the peripheral edematous region of human brain tumors in the differentiation between glioblastoma, metastasis, and meningioma. J Magn Reson Imaging 36:1072–1082CrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    Wilke M, Groeschel S, Lorenzen A et al (2018) Clinical application of advanced MR methods in children: points to consider. Ann Clin Transl Neurol 5:1434–1455CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Abteilung Neuropädiatrie, Entwicklungsneurologie und SozialpädiatrieUniversitätskinderklinik TübingenTübingenDeutschland
  2. 2.Experimentelle Pädiatrische NeurobildgebungUniversitätskinderklinik und Klinik für Neuroradiologie, Universitätsklinik TübingenTübingenDeutschland
  3. 3.Klinik für Kinder- und Jugendmedizin, NeuropädiatrieUniversitätsmedizin GöttingenGöttingenDeutschland

Personalised recommendations