Experimentelle Frühdiagnostik der akuten mesenterialen Ischämie mittels diffusionsgewichteter MRT (DWI) und paralleler Bildgebung

Zusammenfassung

Ziel: Visualisierung der mesenterialen Ischämie in statu nascendi mittels diffusionsgewichteter Bildgebung (DWI) im experimentellen Tiermodell. Eine Billigung durch die Tierschutzkommission erfolgte.

Material und Methoden: 10 weibliche Hausschweine (~50 kg) mit künstlich induzierter Ischämie wurden untersucht. In DSA-Technik wurde ein Ast der A. mesenterica superior mit Gewebekleber bzw. mit Partikeln embolisiert. Zur Ischämie-Darstellung wurde die diffusionsgewichtete DWI in Apnoe an einem 1,5T-MRT vor und 30 sowie 60 min nach Embolisation mithilfe einer 32-Kanal-Oberflächenspule durchgeführt. Zusätzlich wurden mit der Scanner-eigenen Software parametrische Bilder (ADC-Maps) berechnet. Die Befunde der DWI wurden mit der DSA und dem autoptischen Befund verglichen. Die Bildqualität wurde anhand von Signal-zu-Rausch(SNR)-Messungen bewertet, die Aussagekraft der DWI anhand von Kontrast-zu-Rausch(CNR)-Messungen.

Ergebnisse: Die Embolisation der Mesenterialäste war in allen Fällen technisch erfolgreich. Eine funktionelle Bildgebung des Darmes war mittels der verwendeten Sequenzen realisierbar. Bei allen Versuchstieren konnte bereits 30 min nach Embolisation ein zytotoxisches Ödem als ein frühestes Ischämiezeichen nachgewiesen werden. Ferner war bei allen 10 Tieren in den entsprechenden Darmabschnitten eine deutliche Reduktion des Wasser-Diffusions-Koeffizienten nachweisbar. Die Varianz-Analyse zeigte eine gute Korrelation zwischen den CNR-Messungen und den tatsächlichen Infarktarealen. Die mit der diffusionsgewichteten MRT identifizierten Infarktareale konnten mit dem Sektionsergebnis bestätigt werden.

Schlussfolgerung: Die diffusionsgewichtete MRT mit paralleler Bildgebung im akut ischämischen Darm ist möglich. Die Ergebnisse der vorgestellten Methode zur Frühdiagnostik der beginnenden, akuten mesenterialen Ischämie sind vielversprechend.

Abstract

Purpose: To evaluate the feasibility of diagnosing in statu nascendi mesenteric ischemia using diffusion-weighted imaging (DWI) in a porcine model. All experiments were approved by the animal care committee at the district administration.

Materials and Methods: Mesenteric blood supply was studied in ten healthy female pigs (weight ~50 kg) with artificially induced mesenteric ischemia. In the DSA technique a branch of the superior mesenteric artery was embolized with tissue glue or small particles. DWI was performed using a 1.5 T MR scanner before embolization and 30 and 60 minutes after embolization using a 32-channel receiver coil. ADC maps were calculated for all animals. The findings were correlated to angiographic and autoptic findings. The image quality of DWI was assessed by means of SNR measurements and diagnostic impact by CNR measurements.

Results: Embolization of the mesenteric branches was technically successful in all cases. DWI of the bowel was feasible with the applied sequences. In all animals, DWI displayed distinct cytotoxic edema as the earliest sign of ischemia thirty minutes after induction of ischemia. Furthermore, DWI yielded a distinct reduction in the water diffusion coefficient in all animals. Variance analysis showed good correlation between CNR measurements and infarction areas. Autoptic findings could confirm the detected infarction areas by DWI.

Conclusion: DWI using parallel imaging techniques is feasible for the early detection of acute mesenteric ischemia. The presented DWI results offer encouraging prospects regarding more rapid disease diagnosis.

Key words

mesenteric ischemia/infarction - parallel imaging - MR diffusion/perfusion

• Literatur

• 1 Mc Kinsey JF, Gewertz BL. Acute mesenteric ischemia. Surg Clin North Am 1997; 77: 307-318
• 2 Kaleya RN, Sammartano RJ, Boley SJ. Aggressive approach to acute mesenteric ischemia. Surg Clin North Am 1992; 72: 157-182
• 3 Klempnauer J, Grothues F, Bektas H et al. Long-term results after surgery for acute mesenteric ischemia. Surgery 1997; 121: 239-243
• 4 Rogers DM, Thompson JE, Garrett WV et al. Mesenteric vascular problems. A 26-year experience. Ann Surg 1982; 195: 554-565
• 5 Sachs SM, Morton JH, Schwartz SI. Acute mesenteric ischemia. Surgery 1982; 92: 646-653
• 6 Batellier J, Kieny R. Superior mesenteric artery embolism: eighty-two cases. Ann Vasc Surg 1990; 4: 112-116
• 7 Horgan PG, Gorey TF. Operative assessment of intestinal viability. Surg Clin North Am 1992; 72: 143-155
• 8 Levy PJ, Krausz MM, Manny J. Acute mesenteric ischemia: improved results – a retrospective analysis of ninety-two patients. Surgery 1990; 107: 372-380
• 9 Hackworth CA, Leef JA. Percutaneous transluminal mesenteric angioplasty. Surg Clin North Am 1997; 77: 371-380
• 10 Simo G, Echenagusia AJ, Camunez F et al. Superior mesenteric arterial embolism: local fibrinolytic treatment with urokinase. Radiology 1997; 204: 775-779
• 11 Schoenbaum SW, Pena C, Koenigsberg P et al. Superior mesenteric artery embolism: treatment with intraarterial urokinase. J Vasc Interv Radiol 1992; 3: 485-490
• 12 Bassiouny HS. Nonocclusive mesenteric ischemia. Surg Clin North Am 1997; 77: 319-326
• 13 Lock G. Die akute mesenteriale Ischämie – häufig übersehen und häufig letal. Med Klin 2002; 97: 402-409
• 14 Howard TJ, Plaskon LA, Wiebke EA et al. Nonocclusive mesenteric ischemia remains a diagnostic dilemma. Am J Surg 1996; 171: 405-408
• 15 Chou CK, Mak CW, Tzeng WS et al. CT of small bowel ischemia. Abdom Imaging 2004; 29: 18-22
• 16 Klein HM, Lensing R, Klosterhalfen B et al. Diagnostic imaging of mesenteric infarction. Radiology 1995; 197: 79-82
• 17 Clark RA, Gallant TE. Acute mesenteric ischemia: angiographic spectrum. Am J Roentgenol 1984; 142: 555-562
• 18 Bakal CW, Sprayregen S, Wolf EL. Radiology in intestinal ischemia. Angiographic diagnosis and management. Surg Clin North Am 1992; 72: 125-141
• 19 Chow LC, Chan FP, Li KCP. A comprehensive approach to MR imaging of mesenteric ischemia. Abdom Imaging 2002; 27: 507-516
• 20 Haage P, Piroth W, Krombach GA et al. Pulmonary embolism: comparison of angiography with spiral computed tomography, magnet resonance angiography, and real time magnetic resonance imaging. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167: 729-734
• 21 Dietrich O, Raya JG, Reeder SB et al. Measurement of signal-to-noise ratios in MR-images: Influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters. Journal of Magnetic Resonance Imaging 2007; 26: 375-385
• 22 MacDonald PH. Ischaemic colitis. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2002; 16: 51-61
• 23 Warrach S. Use of diffusion and perfusion magnetic resonance imaging as a tool in acute stroke clinical trials. Curr Control Trials Cardiovasc Med 2001; 2: 38-44
• 24 Na DG, Thijs VN, Albers GW et al. Diffusion-Weighted MR-imaging in Acute Ischemia: Value of Apparent Diffusion Coefficient and Signal Intensity Thresholds in Predicting Tissue at Risk and Final Infarct Size. Am J Neuroradiol 2004; 25: 1331-1336
• 25 Norris DG, Niendorf T, Hoehn-Berlage M et al. Incidence of apparent restricted diffusion in three different models of cerebral infarction. Magn Reson Imaging 1994; 12: 1175-1182
• 26 Niendorf T, Dijkhuizen RM, Norris DG et al. Biexponential diffusion attenuation in various states of brain tissue: implications for diffusion-weighted imaging. Magn Reson Med 1996; 36: 847-857
• 27 Ahlhelm F, Reith W. Moderne Diagnostik beim akuten Hirninfarkt. Diffusionsgewichtete Bildgebung und ADC-Berechnungen. Nervenarzt 2002; 73: 736-744
• 28 Acosta S, Ogren M, Sternby NH et al. Clinical Implications for the Management of Acute Thromboembolic Occlusion of the Superior Mesenteric Artery: Autopsy Findings in 213 Patients. Ann Surg 2005; 241: 516-512
• 29 Mamode N, Pickford I, Leiberman P. Failure to improve outcome in acute mesenteric ischaemia: seven year review. European Journal of Surgery 1999; 165: 203-208
• 30 Hellinger JC. Evaluating Mesenteric Ischemia with Multidetector-Row CT Angiography. Tech Vasc Interventional Rad 2004; 7: 160-166
• 31 Kaufman AJM, Tarr RWM, Holburn GEM et al. Magnetic Resonance Imaging of Ischemic Bowel in Rabbit Model. Invest Radiol 1988; 23: 93-97
• 32 Klein HM, Klosterhalfen B, Kinzel S et al. CT and MRI of experimentally induced mesenteric ischemia in a porcine model. J Comput Assist Tomogr 1996; 20: 254-261
• 33 Wilkerson D, Mezrich R, Drake C et al. Magnetic resonance imaging of acute occlusive intestinal ischemia. J Vasc Surg 1990; 11: 567-571
• 34 Park A, Towner RA, Langer JC. Diagnosis of intestinal ischemia in the rat using magnetic resonance imaging. J Invest Surg 1993; 6: 177-183
• 35 Chan F, Li K, Heiss S et al. A comprehensive approach using MR imaging to diagnose acute segmental mesenteric ischemia in a porcine model. Am J Roentgenol 1999; 173: 523-529
• 36 Lauenstein TC, Ajaj W, Narin B et al. MR Imaging of Apparent Small-Bowel Perfusion for Diagnosing Mesenteric Ischemia: Feasibility Study. Radiology 2005; 234: 569-575
• 37 Noer RJ. The blood vessels of jejunum and ileum – A comparative study of man and certain laboratory animals. Am J Anat 1943; 73: 293-298
• 38 Beyer D, Horsch S, Bohr M et al. Roentgenographic findings of experimental bowel ischaemia in dogs following occlusion of the superior mesenteric artery. Fortschr Röntgenstr 1980; 132: 377-341
• 39 Nöldge G. Die neue „Micro“-Spirale mit koaxialem Applikationstest für den superselektiven Gefäßverschluß. Fortschr Röntgenstr 1983; 139: 408-412
• 40 Bell MJ, Ternberg JL, Feigin RD et al. Neonatal necrotizing entercolitis. Therapeutic decisions based upon clinical staging. Ann Surg 1978; 187: 1-7
• 41 Grassi R, Romano S, Pinto A et al. Gastro-duodenal perforations: conventional plain fil, US and CT findings in 166 consecutive patients. Eur J Radiol 2004; 50: 30-36