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Arbeitsgruppe Muskuloskelettale Bildgebung

Die gemeinsame Arbeitsgruppe Muskuloskelettale Bildgebung der Abteilung Radiologie des Deutschen Krebsforschungszentrums und der Sektion Muskuloskelettale Radiologie der Abteilung Diagnostische und Interventionelle Radiologie (DIR) am Universitätsklinikums Heidelberg beschäftigt sich mit der Implementierung innovativer Methoden zur funktionellen multimodalen oder großvolumigen muskuloskelettalen Bildgebung am Bewegungsapparat in Kooperation mit der Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie des Deutschen Krebsforschungszentrum.

Der klinische und wissenschaftliche Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Muskuloskelettale Bildgebung liegt auf der Etablierung moderner MRT- und Ultraschalltechniken in der Knorpel-, Muskel-, Gefäß- und Tumordiagnostik des Bewegungsapparates. Neben der projektgebundenen Zusammenarbeit gibt es seit 2012 eine Mitarbeiterrotation zwischen der Abteilung Radiologie des Deutschen Krebsforschungszentrums und der Sektion Muskuloskelettale Radiologie der DIR.

Projekte

Hochfeld-MRT zur Evaluierung der Knorpelvitalität und –integrität

Ansprechpartner: Dr. med. Christoph Rehnitz, Dr. rer. nat. Armin M. Nagel

Abbildung 1: dGEMRIC-Sequenz eines Knies. Der normale Knorpel des Kniegelenks stellt sich homogen grün dar. Areale frühzeitiger Knorpeldegeneration würden sich in dieser Darstellung blau anfärben.


In der modernen Bildgebung des Gelenkknorpels gibt es neben der hochaufgelösten morphologischen Darstellung neue Entwicklungen, die es ermöglichen auch biochemische Komponenten des Knorpels darzustellen. Hierzu zählen die sogenannte dGEMRIC-Technik und das T2-mapping. Einige dieser biochemischen Komponenten spielen zentrale Rollen in der Arthrose-Entstehung oder in der Knorpelheilung nach Knorpeltherapie (unter anderem sogenannte Glykosaminoglykane). Die bildgebende Darstellung und Quantifizierung dieser Komponenten erlaubt daher Rückschlüsse auf die Knorpelvitalität und – integrität (Abb. 1). Sie kann Veränderungen visualisieren, die mittels konventioneller MRT-Methoden noch nicht sichtbar sind. Derzeitige Haupteinsatzgebiete sind daher: Beurteilung des funktionellen Knorpelzustands vor OP, Verlaufsuntersuchungen nach Knorpeltherapie. Aktuelle Projekte sollen vor allem den Wert der 7-Tesla MRT bei diesen Fragestellungen evaluieren.

Implementierung funktioneller MRT-Methoden zur Beurteilung der normalen und krankhaften Skelettmuskulatur

Ansprechpartner: Prof. Dr. med. M.-A. Weber, Dr. rer. nat. Armin M. Nagel

Abbildung 2: Konventionelle 1H MRT (links) und 23Na MRT (rechts) eines Patienten mit der Natriumkanalmyopathie HyperPP. Nach Provokation der rechten Extremität durch Kühlung zeigt sich eine Signalanhebung in der 23Na-IR als Zeichen eines pathologischen intrazellulären Na+-Einstroms.

Mit den üblichen radiologischen Verfahren können nur morphologische Veränderungen der Muskeln dargestellt werden. Neue Methoden wie die 23Natrium-Magnetresonanztomographie stellen nun auch pathophysiologische Veränderungen dar. So können beispielsweise die Wadenmuskeln von Patienten mit Paramyotonie oder Hyperkaliämische Periodische Paralyse (HyperPP), beides Erkrankungen mit durch defekte Natriumkanäle der Muskulatur hervorgerufenen intermittierenden Lähmungen, in einer herkömmlichen Magnetresonanztomographie völlig unauffällig aussehen. Erst die 23Natrium-Magnetresonanztomographie vermag den pathologisch erhöhten Natriumgehalt der Muskelzellen zu visualisieren (Abb. 2).

Hochfeld MRT in der Diagnostik von Knorpeltumoren

Dr. rer. nat. Armin M. Nagel, Dr. med. Björn Jobke

Abbildung 3: Enchondrom distaler Femur (7 Tesla; matrix 1024 x 512)
© Dr. med. Björn Jobke

Die Inzidenz von gutartigen Knorpeltumoren (Enchondromen) liegt bei ca. 5%, sodass Zufallsbefunde dieser Art relativ häufig sind. In Einzelfällen ist die rein morphologische Unterscheidung von gutartigen und wenig aggressiven Knorpeltumoren (Chondrosarkomen Grad 1) äußerst schwierig und selbst für die Histopathologie nach Probeentnahme eine Herausforderung. Die moderne Radiologie kann hier einen wesentlichen Beitrag mit hochauflösender Bildgebung, z.B. 7T Hochfeld-MRT, geben und das Wachstumsverhalten der Tumoren zum Umgebungsgewebe darstellen. Ziel ist es, die Tumorinvasivität auf Mikrostrukturebene, ähnlich der Histologie, darzustellen.

Abbildung 4: Signalanhebung eines intraossären Knorpeltumors (Enchondrom) in der 23Na MRT als Zeichen eines erhöhten Na+-Gehaltes der tumorösen Knorpelmatrix.

23Na ist ein Bestandteil von Glycoproteinen, sogenannten Proteoglykanen, welche in der Bildung der Knorpelmatrix eine entscheidende Rolle spielen. Der Kern kann im Hochfeld-MRT in hoher Konzentration sowohl im gesunden Knorpel, als auch in Knorpeltumoren, z.B. dem Enchondrom, nachgewiesen werden. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Analyse dieser 23Na-Konzentration und ihres Nutzens in der Differenzialdiagnose und dem Grading von Knorpeltumoren (Abb. 3) in Zusammenarbeit mit der Abteilung „Medizinische Physik in der Radiologie“ (E020)

Bildgebung bei monoklonalen Plasmazellerkrankungen

Ansprechpartner: Prof. Dr. med. Stefan Delorme, Dr. med. Jennifer Mosebach

Fundus der aktuellen Projekte sind die sowohl am Deutschen Krebsforschungszentrum als auch in der Sektion Muskuloskelettale Radiologie des Universitätsklinikums Heidelberg durchgeführten Ganzkörper-MRT und Ganzkörper-CT Untersuchungen bei Patienten mit monoklonalen Plasmazellerkrankungen.

Fusions-Ultraschall (eSie) in der Diagnostik von peripheren Weichteiltumoren

Ansprechpartner: Dr. med. Björn Jobke, Dr. med. Jessica Jesser, Prof. Dr. med. M.-A. Weber

Abbildung 5: Fusionsultraschall. Links: MRT Weichteiltumor Oberschenkel; Rechts: Paralleles Ultraschallbild

Ein neues Ultraschallsystem (eSie,, Acuson S3000, Siemens) ist in der Lage neben Ultraschallbildern simultan Aufnahmen anderer bildgebender Verfahren anzuzeigen.  Sie ermöglicht eine Überlagerung oder Paralleldarstellung von Echtzeit-Ultraschallaufnahmen mit bereits vorhandenen MRT und CT-Aufnahmen der gleichen anatomischen Region. Diese sogenannte Fusionsbildgebung erlaubt es zum einen sich anatomisch schnell zu orientieren und detailreichere Informationen für die Diagnose komplexer Fragestellungen oder Eingriffe, wie zum Beispiel Biopsien zu erhalten. Es wird derzeit eine Machbarkeitsstudie zur Beurteilung der Wertigkeit in der Routinediagnostik von Weichteiltumoren durchgeführt. Hierbei spielen sowohl technische Aspekte und Lernkurve in der Handhabung der neuen Technik eine Rolle, die in Enger Zusammenarbeit mit dem Hersteller und Entwicklern zu Systemverbesserungen führen sollen, als auch primär diagnostische Aspekte, bei der  Zielführung von Ultraschall-gestützten Biopsien. Das Ziel einer repräsentativen Gewebebiopsie von großen, z.T. heterogenen Weichteiltumoren (hier  v.a. bei Weichteilsarkom der Extremitäten) ist für die Diagnose und Grading enorm wichtig.

Ausgewählte Publikationen

3 Tesla sodium inversion recovery magnetic resonance imaging allows for improved visualization of intracellular sodium content changes in muscular channelopathies.
Nagel AM, Amarteifio E, Lehmann-Horn F, Jurkat-Rott K, Semmler W, Schad LR, Weber MA
Invest Radiol. 2011 Dec;46(12):759-66

Hyperkalemic periodic paralysis and permanent weakness: 3-T MR imaging depicts intracellular 23Na overload – initial results.
Amarteifio E, Nagel AM, Weber MA, Jurkat-Rott K, Lehmann-Horn F
Radiology. 2012 Jul;264(1):154-63

Knochentumoren in 'Radiologische Diagnostik der Knochen und Gelenke' (Bohndorf, Jobke et al., 3. Auflage, Thieme Verlag)

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