Kurzfassung

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) entsteht zumeist durch Rauchen oder Luftverschmutzung (Holzverbrennung oder Wärmegewinnung aus Biomasse). Da die subjektiven Symptome, vor allem Kurzatmigkeit, in den Anfangsstadien unspezifisch sind, ist die Erkrankung generell unterdiagnostiziert. Es wird geschätzt, dass die COPD im Jahre 2020 die weltweit fünfthäufigste Erkrankung ist [1]. Asthma ist eine chronische entzündliche Erkrankung, die funktionell mit einer reversiblen...Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) entsteht zumeist durch Rauchen oder Luftverschmutzung (Holzverbrennung oder Wärmegewinnung aus Biomasse). Da die subjektiven Symptome, vor allem Kurzatmigkeit, in den Anfangsstadien unspezifisch sind, ist die Erkrankung generell unterdiagnostiziert. Es wird geschätzt, dass die COPD im Jahre 2020 die weltweit fünfthäufigste Erkrankung ist [1]. Asthma ist eine chronische entzündliche Erkrankung, die funktionell mit einer reversiblen Bronchialobstruktion, pathophysiologisch mit einer Überempfindlichkeit und pathologisch mit einer definierten Entzündung und strukturellen Veränderungen (Remodeling) der Atemwege einhergeht [2]. 

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Studien durchgeführt, um das Verständnis und die Pathophysiologie und Phänotypisierung dieser Atemwegserkrankungen näher zu untersuchen. Diese Studien wurden primär mittels hochauflösender Computertomographie (HR-CT) durchgeführt. Neben den Vorteilen der Computertomographie (CT) muss erwähnt werden, dass vor allem diese für die medizinisch applizierte Röntgenstrahlung verantwortlich ist (10% der Untersuchungen, 60% der Dosis). Daher ist es erstrebenswert, alternative röntgenstrahlenfreie Methoden zur Phänotypisierung des Asthma und der COPD zu etablieren und zu validieren.

Die konventionelle Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich in den letzten Jahren hinsichtlich Pulssequenzen und Geräteausstattung erheblich verbessert, so dass die Morphologie des Lungenparenchyms als auch Funktionsparameter (z.B. Lungenperfusion, Ventilation,Atemmechanik, Hämodynamik) dargestellt und quantifiziert werden können. Obwohl im Bereich der konventionellen MRT viel versprechende Entwicklungsfortschritte erzielt wurden, liegen erst wenige Studiendaten vor [3].

Im Gegensatz hierzu ist die MRT der Lunge nach inhalation des bildgebenden Inertgases Helium-3 seit über 10 Jahren Gegenstand internationaler Forschung [4,5]. Neben den US amerikanischen Zentren sind insbesondere die europäischen Netzwerkprojekte PHIL (www.phil.eu) und PHELINET (www.phelinet.eu) zu nennen, denen die Mainzer Universität angehört. Für solche Untersuchungen muss das Edelgasisotop Helium-3 in künstlich hoch polarisierter Form vorliegen, um ein ausreichendes Signal für die Bildanalyse erhalten zu können. Bei der Untersuchung inhaliert der Patient zunächst für mehrere Atemzyklen das normale Atemgasgemisch (Umgebungsluft). 
Zu einem definierten Zeitpunkt des Atemzyklus wird Helium-3 verabreicht. Direkt im Anschluss an die Inhalation (bei dynamischer Bildgebung während des gesamt Atemzyklus) können die Luftwege und die Alveolarräume mit der MRT signalintensiv dargestellt werden. Mit Hilfe ultraschneller Bildgebung können zudem dynamische Aufnahmen gefertigt und so der gesamte Einatemvorgang beurteilt werden.
Die Methode der 3Helium-MRT hat sich in klinischen Studien bereits gut bewährt (siehe PHIL-Studie, 2000-2004,[6]) und ermöglicht eine sensible regionale Darstellung ventilationsabhängiger Lungenveränderungen. 
In ersten Pilot-Studien zeichnet sich die Möglichkeit zur Phänotypisierung der COPD und des Asthma bronchiale nach Kriterien der 3Helium-Ventilation ab. Es fehlen jedoch Langzeitbeobachtungen unter Berücksichtigung aller aller He-Parameter für die beiden Krankheitsbildern. 

In dem beantragten Projekt werden alle bisher messbaren He-MRT-Parameter im Vergleich zu H-MRT-Parametern und dem Gold-Standard Lungenfunktion an 2 Zeitpunkten (Visit) im Abstand von 1 Jahr an Patientengruppen mit COPD und Asthma untersucht. Aus diesen Datensätzen werden dann zum einen Methodenvergleiche (3Helium-MRT, Protonen-MRT, Lungenfunktion) und zum anderen Untersuchungen im zeitlichen Längsschnitt durchgeführt. 


Die geplante Studie knüpft an die Erfahrungen der He-MRT der Lunge an. Mit den Daten, die imRahmen der Studie erhobenen werden, soll die Möglichkeit der Phänotypisierung der Krankheitsbilder Asthma und der COPD geprüft werden. An 2 Untersuchungstagen (Visits) wird eine Gruppe Asthma-Patienten und eine Gruppe COPD-Patienten (beide mittel- bis schwergradig) mit demselben Studienprotokoll untersucht. Erstmals werden die He-Parameter: Ventilationsdefekte, ADC, pO2 und „Rise-Time“ gemeinsam und zusätzlich vor und nach Bronchodilatation untersucht.

Dazu werden bei allen Patienten morphologische und funktionelle Parameter mittels konventioneller MRT (Protonen-MRT) aquiriert. Als Gold Standard zur Diagnose werden Parameter der Lungefunktionsmessung herangezogen. 

Folgende Vorgehensweise ist geplant:

A. Studienvorbereitung:
Wissenschaftliches Projektmanagement
Interdiziplinäre Kommunikation und Kooperation (Pneumologie, IZKS, IMBEI, Physik)
Standardisierung Verfahrensweisen , interne QS (Untersuchungsprotokoll, Datenmanagement)
Erstellung von Dokumenten zur Genehmigung, Durchführung und Auswertung einer AMG-Studie
Qualifikation /Training Prüfstelle
Materialbeschaffung, Prüfsubstanzen
Einbestellung Patienten

B. Durchführung von 2 Visits
Körperliche Untersuchung
MRT-Untersuchung
Koordination versch. Disziplinen (He…)
Abstimmung mit Pneumologie 
Dokumentation während der Untersuchung

C) Auswertung und Dokumentation nach Untersuchung
CRF
Auswertungen mit IMBEI
Archivierung
Vortrag

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