Diffusions-gewichtete Magnetresonanztomographie in der Diagnostik des hämolytisch urämischen Syndroms

Abstract

Ziel unserer Untersuchung war der Vergleich der Morphologie und Funktion der Nieren von Patienten mit hämolytisch-urämischem Syndrom (HUS) mittels diffusionsgewichteter (DW) Magnetresonanztomographie (MRT) und Farb-Doppler-Sonographie, sowie der Vergleich mit gesunden Probanden. Die Studie wurde von Seiten der Ethikkommission genehmigt. Wir untersuchten fünfzehn Patienten (Durchschnittsalter 33,3; 3 Männer, 12 Frauen) mit HUS und fünfzehn in Alter und Geschlecht übereinstimmende Probanden. Eine koronale und transversale HASTE diente der Beurteilung der Nierenmorphologie. Die DW-MRT generierte ADC-Bilder auf der Basis eines „total apparent diffusion coefficient“ (ADCTOT). Diese ADCs brachten Mikroperfusion (ADCLOW) und Diffusion (ADCHIGH) zur Darstellung. Der Doppler-Ultraschall diente der Erfassung der renalen Durchblutung. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden miteinander und mit den Nierenfunktionen der Patienten verglichen. Bei den an HUS erkrankten Patienten waren die ADCTOT Werte im Kortex signifikant niedriger als bei den gesunden Probanden (P 0,001). In der Dopplersonographie waren die kortikalen Gefäße der Patienten reduziert (8/12 der Patienten, 66,7%) oder gar nicht darstellbar (4/12, 33,3% der Patienten). Dieses bildete sich ebenfalls in einem Abfall der ADCTOT Werte (P < 0,001) und der ADCLOW Werte (P 0,047) ab. Die Fälle mit fehlender Gefäßdarstellung im Doppler-Ultraschall imponierten zusätzlich durch eine eingeschränkte Diffusion (ADCHIGH, P 0,002). Zudem ergab sich ein Zusammenhang von niedrigen ADCTOT und ADCLOW Werten und eingeschränkter Nierenfunktion während des Krankenhausaufenthaltes (P < 0,029). Funktionseinschränkungen der Nieren von HUS-Patienten konnten somit sowohl mittels DW-MRT als auch mittels Dopplersonographie dargestellt werden. Unsere Untersuchungen brachten uns zu folgenden Schlüssen: Im Ultraschall bei an HUS erkrankten erwachsenen Patienten zeigten sich beidseitig vergrößerte Nieren mit gesteigerter kortikaler Echogenität und reduzierten Gefäßen in der Nierenrinde. Im DW-MRT der Nieren der HUS-Patienten fielen signifikant erniedrigte kortikale ADCTOT Werte auf (1,79 +/- 0,22 vs. 2,04 +/- 0,1; P 0,001) sowie dementsprechend signifikant geringere kortiko-medulläre Unterschiede im Vergleich zu den Werten der gesunden Probanden. Zudem gab es bei 4/15 Patienten (26,7%) sogar ein umgekehrtes kortiko-medulläres Verhältnis in den ADCTOT Bildern mit bandförmigen Hypointensitäten im renalen Kortex. Diese Fälle waren charakterisiert durch stark reduzierte Nierenfunktion im Vergleich zu den Probanden (GFR: 11,63 +/- 6,91 vs. 36,25 +/- 28,4 ml/min; P 0,02). Multimodale Analysen zeigten, dass die Patienten, die im Doppler-Ultraschall verminderte kortikale Gefäße aufwiesen, auch verminderte kortikale ADCTOT (P < 0,001) und perfusionssensitive ADCLOW Werte hatten, was eindeutig für eine Einschränkung der Mikroperfusion spricht. Die Patienten, die im Doppler-Ultraschall durch ein Fehlen kortikaler Perfusion imponierten, hatten zusätzlich reduzierte ADCHIGH Werte (P < 0,001). Dies ist als Hinweis auf eine eingeschränkte Diffusion bedingt durch ein zytotoxisches Ödem oder mikrovaskuläre Veränderun-gen zu werten. Unsere Untersuchung zeigte somit, dass die DW-MRT ergänzend zum Doppler-Ultraschall Aussagen über die renale Durchblutung mit quantitativen Angaben zu Perfusion und Diffusion ermöglicht. Die Kombination beider Verfahren könnte eine hilfreiche nicht-invasive Mög-lichkeit darstellen, die renalen Parenchymschäden bei HUS-Patienten zu beurteilen.

The purpose to our study was to evaluate kidney morphology and function in patients with hemolytic uremic syndrome (HUS) using diffusion-weighted (DW) magnetic resonance imaging (MRI) and colour doppler ultrasound (US) and to compare findings with healthy volunteers. The study was approved by the institutional review board. Fifteen patients (mean age 33.3 years; 3 male, 12 female) with diarrhea-positive HUS and fifteen healthy volunteers who matched in age and gender were evaluated. A coronal and transversal HASTE was used to evaluate the morphology of the kidneys. DW-MRI generated a total apparent diffusion coefficient (ADCTOT). ADCs predominantly reflect mircoperfusion (ADCLOW) and diffusion (ADCHIGH). Doppler US evaluated renal vasculature and flow. Imaging findings were compared to each other and to kidney function. In patients with HUS values of ADCTOT in the renal cortex were significantly reduced com-pared to healthy volunteers (P 0.001). Doppler US visualization of cortical vessels was either decreased (8/12 patients, 66.7%) or absent (4/12 patients, 33.3%) and was associated with a decrease of cortical ADCTOT (P < 0.001) and ADCLOW (P 0.047). Cases with absence of cortical vessels on doppler US were additionally characterized by restricted diffusion (ADCHIGH, P 0.002). Lower values of ADCTOT and ADCLOW were associated with lower kidney function during hospitalization (P < 0.029). Functional impairment of kidneys in patients with HUS can be assessed with the complementary methods of DW-MRI and Doppler US. In our studies we achieved these advances in knowledge: The ultrasound in adult patients with diarrhea-positive hemolytic uremic syndrome (HUS) shows bilaterally enlarged kidneys, increased cortical echogenicity and a reduced or absent cortical vasculature. On DW imaging kidneys with HUS were characterized by a significant reduction of cortical ADCTOT values (1.79 +/- 0.22 vs. 2.04 +/- 0.1, P 0.001) and significantly lower cortico-medullary differences when compared to healthy volunteers (0.008 +/- 0.12 vs. 0.14 +/- 0.06 x 10-3mm2/sec; P < 0.001). An inverted cortico-medullary pattern on ADCTOT maps with a ribbon-like low intensity appearance of the renal cortex was noted in 4/15 patient (26.7%) and indentified cases with severely reduced kidney function compared to patients without this finding (GFR: 11.63 +/- 6.91 vs. 36.25 +/- 28.4 ml/min, P 0.02). Multimodal analysis showed that cases with decreased cortical vasculature on doppler US were characterized by reduced values for cortical ADCTOT (P < 0.001) and perfusion-sensitive ADCLOW (P 0.047) indicating problems with microvascular perfusion. Cases complicated by an absence of cortical perfusion on Doppler US additionally showed reduced values for ADCHIGH (P < 0.001) indicating a diffusion restriction based on cytotoxic edema or microstructural changes.

So our study showed that DW-MRI can supplement doppler US characterization of renal vasculature with quantitative information regarding microvascular perfusion and diffusion. Combining both methods may be useful for non-invasive assessment of the extent of parenchymal involvement in patients with HUS.