Etablierung eines Schweinemodells zur Validierung von pharmakokinetischen Parametern in der dynamischen kontrastmittelbasierten Magnetresonanztomographie: Korrelation mit histologischen Parametern
Die Etablierung eines Tiermodells zur Validierung pharmakokinetischer Parameter mit der DCE-MRI soll das Ziel dieser Arbeit sein. Das Schwein hat sich als geeignetes Modell erwiesen. Seine anatomische und physiologische Ähnlichkeit zum Menschen ermöglichen vergleichbare Perfusionsmessungen. Die Skelettmuskulatur dient als Modell für ein niedrig perfundiertes Gewebe. Die Messungen der Perfusion mittels DCE-MRI wurden am Hinterlauf der Schweine durchgeführt. Die narkotisierten Schweine wurden in ein MRT-Gerät mit 1,5 T gebracht. Über einen zentralen Venenkatheter wurden das hochmolekulare intravasale Kontrastmittel Gadofosveset und das niedermolekulare, schnell extravasierende Kontrastmittel Gadotersäure appliziert. Die dynamischen Messungen wurden mit einer TWIST-Sequenz (3-D Gradientenechosequenz mit Schlüssellochtechnik) durchgeführt. Die arterielle Eingangsfunktion (AIF) wurde in der Aorta abdominalis gemessen. Das Versorgungsgebiet der Femoralarterie wurde mittels lokaler Kontrastmittelgabe ermittelt und anschließend mit der Software Amira® konturiert. Die Signal-Zeit-Kurven wurden durch Anwendung verschiedener pharmakokinetischer Modelle ausgewertet. Als von der Bildgebung unabhängiges Referenzverfahren diente eine an der Femoralarterie implantierte Ultraschall-Flusssonde. Über einen Arterienkatheter, der ebenfalls an der Arterie angebracht wurde, konnten durch Applikation des Vasodilatators Adenosin pro Experiment mehrere Perfusionsstufen erreicht werden. Die Daten sollen eine Überprüfung der Quantifizierung der Perfusion ermöglichen. In dieser Arbeit soll jedoch zunächst die qualitative Überprüfung der Perfusionsdaten im Vordergrund stehen. Die mittels DCE-MRI ermittelten Daten wurden deshalb neben den Ultraschallflusswerten mit den Daten einer Patientin verglichen. Die Messungen an der Patientin wurden am Unterschenkel durchgeführt. Die Kurvenverläufe der ermittelten Werte der Patientin und der Schweine ergaben eine gute Übereinstimmung. Da bei den Schweinen pro Experiment mehrere Flussstufen gemessen wurden, kam es durch Kontrastmittelanreicherung bei der zweiten und dritten Messung zu einer Signalerhöhung der AIF. Der Kurvenverlauf der Messdaten der Patientin lag auf einem niedrigeren Niveau. Weil die AIF aus einer kleineren Arterie des Unterschenkels ermittelt wurde, ist dies durch Partialvolumeneffekte erklärbar. Um die Messungen mittels DCE-MRI von Blutvolumen und interstitiellem Volumen validieren zu können, wurden Muskelproben aus dem Hinterlauf des Schweines entnommen. Die Schnitte der Proben wurden entweder mit einer modifizierten van-Gieson-Färbung zur Darstellung des Bindegewebes oder mit einer endothelspezifischen Isolectinfärbung gefärbt. Anschließend erfolgte die histologische Untersuchung mit einer semiautomatischen Morphometriesoftware. Zur Bestimmung des interstitiellen Volumens wurden in Muskelproben des medialen Oberschenkels der extrazelluläre Raum und das Bindegewebe markiert und die Fläche berechnet. Dieser Wert wurde mit drei verschiedenen pharmakokinetischen Modellen, dem Tofts- Modell, dem erweiterten Tofts-Modell und dem Zwei-Kompartimente-Austauschmodell (2CXM), bei verschiedenen Akquisitionszeiten korreliert. Die Werte von Histologie und der Modelle zeigten insgesamt eine gute Übereinstimmung. Die Genauigkeit des 2CXM und seine Unabhängigkeit von der Akquisitionszeit lassen einen Einsatz in der klinischen Routine zu. Zur Bestimmung des Blutvolumens wurden Proben aus der lateralen, cranialen, der oberflächlichen und tiefen medialen Oberschenkelmuskulatur sowie dem Unterschenkel entnommen. Das Blutvolumen wurde histologisch mit zwei verschiedenen Methoden ermittelt. Die angefärbten Endothelien wurden markiert und das Lumen der Gefäße manuell hinzugefügt. Durch die histologische Präparation und den fehlenden Blutdruck waren die Gefäße kollabiert, sodass eine alleinige Messung der Lumenfläche nicht möglich war. Es war deshalb mit einer Unterschätzung des realen Wertes zu rechnen. Deshalb wurde zusätzlich die mittlere Gefäßdichte (MVD) bestimmt. Um das Blutvolumen zu errechnen, wurde die MVD mit dem mittleren Gefäßdurchmesser der Kapillaren laut Literatur von 8 µm multipliziert. Die histologisch ermittelten Blutvolumina wurden mit den Daten aus der DCE-MRI, die mit vier verschiedenen pharmakokinetischen Modellen bestimmt wurden, korreliert. Die Blutvolumina in den jeweiligen Muskelgruppen, die mit der MVD-Berechnung bestimmt wurden und die MRT-Daten, außer dem erweiterten Tofts-Modell, zeigten eine gute Übereinstimmung. Das erweiterte Tofts-Modell unterschätzte das Blutvolumen um 10-20%, vermutlich weil das Modell eine Bolusaufweitung nicht berücksichtigt. Das 2CXM bildet die physiologischen Gegebenheiten im Gewebe gut ab.
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