Orthopädie & Unfallchirurgie

Dynamisches MRI der Wirbelsäule

Durch eine Untersuchung in einer symptomatischen Körperstellung (Flexion, Extension, Rotation, Seitwärtsneigung) werden mobile Diskushernien, dynamische Stenosen, Synovialzysten und Instabilitäten nachgewiesen, die bei einer Untersuchung im Liegen unterschätzt oder sogar übersehen werden. Mit diesem funktionellen MRI ist eine bessere Korrelation zwischen Beschwerdebild, Klinik und Bildgebung möglich. Dadurch kann rechtzeitig eine gezielte Therapie angeboten werden.

Einleitung

Die Untersuchung der Wirbelsäule und der neuralen Strukturen im Spinalkanal aufrecht, unter Belastung und in verschiedenen Körperstellungen ist mit dem offenen 0,6-Tesla-Gerät von FONAR möglich geworden. Es liefert bei passender Ausrüstung Wirbelsäulenaufnahmen von einer Qualität, die sich kaum von 1,5-Tesla-Geräten unterscheidet, sofern keine Bewegungsartefakte die Bildqualität vermindern. Gelegentlich muss die Akquisitionszeit gewisser Bildsequenzen aufgrund der provozierten Schmerzen verkürzt werden; es entstehen „körnigere“ Bilder, die trotzdem in den meisten Fällen die Diagnose liefern.

Besonders geeignet ist eine Abklärung im offenen MRI bei Klaustrophobie; auch Kinder können in Anwesenheit eines Elternteils ohne Sedation abgeklärt werden. Den Grundstein zu dieser modernen Bildgebung legte Dr. Raymond V. Damadian am 17. 3. 1972, als er sein Patent für „Gerät und Methode zur Erkennung von Krebs im Gewebe“ in den USA registrieren liess.4 Das „Ur-MR“ war offen, die ersten Probanden wurden 1977 im Sitzen untersucht.5 Die damalige Bildqualität erinnert an nuklearmedizinische Aufnahmen, was sich bis zum Jahr 2000 geändert hat.

Die bisherigen Untersuchungsresultate im fmri-Zentrum in Zürich6, 8, 18, 22 ( http://www.fmri.ch ), jetzt „Upright MRI Zentrum“ in Zürich ( http://www.upright-mri.ch ) bestätigen die positiven Aussagen verschiedener Arbeiten.2, 11, 12, 14–17, 20, 21, 26–31

Methode

Patienten mit belastungs- und bewegungsabhängigen Wirbelsäulenschmerzen, mit allfälligen fluktuierenden neurologischen Defiziten (radikuläre und myelopathische Syndrome), wurden aufrecht meistens sitzend oder gelegentlich stehend untersucht („positional MRI“, gemäss Jinkins).

Besonders wichtig sind die Aufnahmen in symptomatischer Flexions-, Extensions- und wenn nötig Rotationsstellung oder seltener in Seitneigung („kinetic MRI“ gemäss Jinkins), sowohl der Hals- als auch der Lendenwirbelsäule.

Resultate

Wiederholt wurden folgende lage- resp. positionsabhängige Befunde erhoben: Hervortreten oder Grössenzunahme von lumbalen und zervikalen Diskushernien, variable Foramen- und Spinalkanalstenosen, Nachweis von dynamischen Synovialzysten sowie Wirbelgleiten inklusive nicht diagnostizierter Pseudarthrosen. Zahlreiche Patienten hatten unauffällige oder grenzwertig pathologische Voraufnahmen im liegenden MR.

Fall 1:
Nach einer langen erfolglosen medikamentösen und psychiatrischen Behandlung wurde diese 61-Jährige „chronische Schmerzpatientin“ zur fmri-Abklärung zugewiesen. Im Vordergrund standen belastungsabhängige rechtsseitige Lumboischialgien bei bekannten Diskopathien L5/S1 mehr als L4/5. Der Vergleich zwischen liegenden und aufrechten Aufnahmen in Extension beweist klar den Vorteil einer funktionellen Untersuchung: Im Liegen (Abb. 1a) erkennt man die Diskopathien bei regelrechtem Alignment. Im Stehen kommt es unter Extension zu einer Anterolisthese von L4 mit einer segmentaler Kyphosierung (Abb. 1b) und zu einer dynamischen Stenosierung durch beidseitige Gelenkzysten (Abb. 1d), wobei die rechte von dorsal her genau auf die abgehende Wurzel L5 drückt, was die Hyperalgesie im Bein erklärt. Im Liegen (Abb. 1c) erkennt man Ergüsse in den erweiterten Gelenksspalten. Sofortiges Nachlassen der beiden Schmerzkomponenten nach Dekompression und Stabilisation L4/5 (Abb. 1e).

Fall 2:
Dieser 29-jährige Patient entwickelte eine schmerzhafte Bewegungseinschränkung der Halswirbelsäule nach einem Schleudertrauma und wurde uns zur fmri-Abklärung zugewiesen.

Als 7-Jähriger hatte er schon einen Unfall mit HWS-Beteiligung erlitten. Während das Alignment der HWS in Extension regelrecht ist (Abb. 2c), erkennt man auf den Flexionsaufnahmen (Abb. 2a) eine im Vergleich zur Neutralstellung (Abb. 2b) zunehmende Anterolisthese von C1 mit ventraler Eindellung des Rückenmarks im Bereich einer alten Densfraktur mit instabiler Pseudarthrose.

Fall 3:
Diese 59-jährige Patientin leidet seit Jahren unter Lumbalgien mit neuerlich zunehmenden belastungsabhängigen Ischialgien im Dermatom L5 rechts. Bekannt seit 2 Jahren sind ein Segmentkollaps L5/S1 und eine Anterolisthese von L4, die konservativ behandelt wurden. Aufgrund der zunehmenden Invalidisierung wurde sie zur dynamischen MRI-Abklärung überwiesen (Abb. 3a–d).

Weitere Pathologien

Bei einem Eishockeyspieler, der nach einer Kollision eine halbe Minute tetraparetisch liegen blieb, wurde eine mobile, in Extension das Rückenmark in einem kongenital relativ engen Spinalkanal kritisch kompromittierende Diskushernie C3/4 identifiziert. Nach ventraler Diskektomie und Käfigspondylodese konnte der Sportler nach 3 Monaten das Training wieder aufnehmen.8

Einseitige rotatorische Instabilitäten mit Diskusprotrusion oberhalb einer zervikalen Spondylodese8, aber auch Mehretagenstenosen mit rotatorischer Instabilität und konsekutiver zunehmender LWS-Skoliose nach minimal-invasiv dekomprimierendem und mobil restabilisierendem Eingriff auf einer Etage (z.B. mittels interspinösem U)9 erscheinen im fmri deutlicher als im liegenden MRI und können demzufolge (nach Scheitern der konservativen Therapie) gezielter operativ angegangen werden.

Diskussion

Das physiologische Verhalten des Nucleus pulposus unter Belastung und in verschiedenen Positionen wurde durch Alexander et al1 mittels Upright-MR bei gesunden Probanden untersucht. Dadurch konnten die Autoren die bisherigen Annahmen über die Auswirkung der Schwerkraft auf die Bandscheibenumrisse bestätigen.

Smith et al27 haben bei 52% der Patienten mit Lumboischialgien eine oder mehrere chirurgisch relevante Pathologien gefunden, welche im liegenden MRT nicht zum Vorschein kamen. In einer weiteren Studie haben die Autoren26 aus Aberdeen zunehmende Diskushernien und/oder Anterolisthesen in sitzender Position bei 38 von 58 untersuchten Patienten gefunden.

Das Team aus Madrid10 hat die Rate der unterschätzten oder verpassten, d.h. im Liegen ungenügend dargestellten spinalen Neurokompressionen eruiert: Gänzlich verpasst wurden Diskushernien und Spondylolisthesen in 15% der Fälle, unterschätzt wurde das Ausmass der Pathologie im Liegen in 62% der Fälle. Dagegen wird auf den Flexionsaufnahmen im offenen MR lediglich die Retrolisthese (im Vergleich zu den Aufnahmen im Liegen) unterschätzt (16%) (2). Hong et al12 untersuchten 510 Patienten mit Lumbalgien liegend und aufrecht und fanden, dass in 18,1% der Fälle eine Spondylolisthese im Liegen verpasst wurde.

Der Nachweis von Gelenksergüssen im Bereich klaffender Intervertebralgelenke als Indiz für eine segmentale Instabilität24 und deren Verhalten unter Be- resp. Entlastung wird durch diese funktionelle MR-Bildgebung erbracht, die auch positionsabhängige vermehrte segmentale Translations-, aber auch Winkelbewegungen13 abbildet.

Die präoperative Abklärung dynamischer Stenosen und die Nachuntersuchung operierter, speziell mobil restabilisierter und spondylodesierter Patienten dürfte in den nächsten Jahren zum Hauptanwendungsgebiet für das fmri werden, vorausgesetzt, dass keine ferromagnetischen Implantate die Bildgebung durch Artefakte überlagern. Bekanntlich sind die Nachbarsegmente ober- und unterhalb einer rigiden Fusion gefährdet, überbelastet zu werden und dadurch rascher zu degenerieren, besonders wenn postoperativ keine optimale Relordose lumbal und zervikal erzielt werden konnte. Dies führt zu einer Dysbalance, das Segment oberhalb einer geraden statt lordotischen Fusion geht kompensatorisch in Retrolisthese. Mit der Zeit entwickelt sich eine neue Stenose, oft mit Begleitinstabilität, die sogenannte „Adjacent Segment Disease“23.

Mittels fmri können positions- resp. belastungsabhängige Stenosen und Instabilitäten in Nachbarsegmenten gut nachgewiesen werden.6

Zur Abklärung der segmentalen Instabilität gehört traditionell die funktionelle Myelographie mit Postmyelo-CT – bekanntlich ein invasives Verfahren mit potenziellen Nebenwirkungen – oder das liegende MRI, ergänzt durch konventionelle Funktionsaufnahmen.19 Mit dem fmri sollten die Indikationen zur Myelographie weiter abnehmen,7 wobei Patienten mit ferromagnetischen Implantaten im Falle von postoperativen Problemen weiterhin myelographiert werden dürften.

Die Spondylolisthesen höheren Grades werden konventionell radiologisch gut erfasst. Segmentale Kyphosierungen, vermehrte Aufklappbarkeiten bzw. Sinterungen können mittels seitlicher Funktionsaufnahmen dokumentiert werden. Dagegen werden „dysfunktionelle intersegmentale Bewegungen“ inklusive Rotolisthesen und ihre Auswirkungen auf die benachbarten neuralen Strukturen mit dem fmri zuverlässigerweise analysiert, speziell im foraminalen Bereich.

Die Funktion respektive die Wirksamkeit von minimal-invasiven Wirbelsäulenimplantaten wurde im ersten europäischen Upright-MRI in Aberdeen, Schottland, studiert:3, 25 Nach Implantation eines interspinösen Spreizers wurde der Nachweis einer indirekten Erweiterung des Spinalkanals und der Neuroforamina erbracht sowie die stabilisierende Wirkung des Dynesys-Systems in Flexion und Extension abgebildet.

Schlussfolgerung

Nicht erfasste resp. visualisierte dynamische Kompressionen dürften chirurgisch ungenügend beseitigt werden, was das Risiko eines ineffizienten Eingriffs mit nachfolgendem „Failed Back Surgery Syndrom“ erhöht. Durch eine präzise Darstellung der knöchernen, diskoligamentären und neuralen Strukturen in verschiedenen Positionen und unter Belastung erlaubt das funktionelle MRT-Gerät eine adäquatere Diagnose und Therapieplanung.

Ein Problem nach Spondylodesen ist die sogenannte „Nachbarsegmenterkrankung“, die „Adjacent Segment Disease“.23 Mittels fmri können neu aufgetretene Diskushernien, Stenosen und Instabilitäten oberhalb und/oder unterhalb einer rigiden Fusion nicht invasiv und strahlenfrei, speziell auch bei klaustrophoben Patienten, nachgewiesen werden. Eine Ausnahme bleiben Patienten mit ferromagnetischen Implantaten, bei welchen mittels funktioneller Myelographie mit Post-myelo-CT abgeklärt werden muss. Die Funktion, aber gelegentlich auch die Insuffizienz von dynamischen Implantaten, kann ebenfalls studiert werden.3, 9, 25

Zusammenfassend dürfte diese nicht invasive, strahlenfreie, funktionelle Bildgebung im offenen MRI eine bessere Korrelation zwischen Bildgebung und Beschwerden der Patienten ermöglichen. Dadurch könnte bei signifikantem mechanischem Problem und Therapieresistenz eine gezielte, „adäquat invasive“ wirbelsäulenchirurgische Behandlung angeboten werden. Das fmri hat das Potenzial, in den nächsten Jahren die Abklärung der Wahl vor Restabilisationsverfahren an der Wirbelsäule zu werden.

Neben den degenerativen Wirbelsäulenleiden könnte die Entwicklung juveniler Skoliosen strahlenfrei verfolgt werden.

Belastungsabhängige Gelenksprobleme, Wander/Pendelnieren und Descensus uteri sind weitere Indikationen für ein funktionelles MRT.

Literatur:

1 Alexander LA, Hancock E, Agouris I, Smith FW, MacSween A: The response of the nucleus pul-posus of the lumbar intervertebral discs to functionally loaded positions. Spine 2007; 32: 1508-1512

2 Alyas F, Connell D, Saifuddin A: Upright positional MRI of the lumbar spine. Clin Radiol 2008; 63: 1035-1048

3 Beastall J, Karadimas E, Siddiqui M et al: The Dynesys lumbar spinal stabilization system. A preliminary report on positional magnetic resonance imaging findings. Spine 2007; 32: 685-690

4 Damadian R: Apparatus and method for detecting cancer tissue. U.S. Patent 3,789,832, 1972

5 Damadian R, Goldsmith M, Minkoff L: NMR in cancer: XVI. Fonar image of the live human body. Physiol Chem & Phys 1977; 9: 97-100

6 Elsig JP, Kaech DL: Dynamic imaging of the spine with an open upright MRI unit: present results and future perspectives of fmri. Eur J Orthop Surg Traumatol 2007; 17: 119-124

7 Elsig JP, Kaech DL: Functional MRI: what are the possibilities? Will functional MRI replace myelography? Argos Spine News 2007; 15: 26-27

8 Elsig JP, Kaech DL: Imaging-based planning for spine surgery. Minim Invasive Ther Allied Technol 2006; 15: 260-266

9 Elsig JP, Kaech DL: Treatment strategy: when should one perform additional stabilization and/or fusion after lumbar decompression? Argos Spine News 2006; 14: 26-27

10 Ferreiro Perez A, Garcia Isidro M, Ayerbe E, Castedo J, Jinkins JR: Evaluation of intervertebral disc herniation and hypermobile intersegmental instability in symptomatic adult patients undergoing recumbent and upright MRI of the cervical or lumbosacral spines. Eur J Radiol 2007; 62: 444-448

11 Hirasawa Y, Bashir WA, Smith FW, Magnusson ML, Pope MH, Takahashi K: Postural changes of the dural sac in the lumbar spines of asymptomatic individuals using positional stand-up magnetic resonance imaging. Spine 2007; 32: E136-140

12 Hong S et al: Missed spondylolisthesis in static MRIs but found in dynamic MRIs in the patients with low back pain. The Spine Journal 2007; 7: 69S-70S

13 Iguchi T, Kanemura A, Kasahara K, Sato K, Kurihara A, Yoshiya S et al: Lumbar instability and clinical symptoms: which is the more critical factor for symptoms: sagittal translation or segment angulation? J Spinal Disord Tech 2004; 17: 284-290

14 Jinkins JR, Dworkin JS: Upright, weight bearing, dynamic-kinetic MRI of the spine: p/k MRI, in Kaech DL, Jinkins JR (eds): Spinal Restabilization Procedures. Amsterdam: Elsevier, 2002, pp 73-82

15 Jinkins JR, Dworkin JS, Damadian RV: Upright, weight-bearing, dynamic-kinetic MRI of the spine: initial results. Eur Radiol 2005; 15: 1815-1825

16 Jinkins JR, Dworkin JS, Green CA, Greenhalgh JF, Gianni M, Gelbien M et al: Upright, weight-bearing, dynamic-kinetic MRI of the spine: pMRI/kMRI. Riv di Neuroradiol 2002; 15: 333-357

17 Jinkins JR, Elsig JP, Kaech DL: Functional upright-kinetic MRI: Mobile stenosis of the spinal neural foramina, alteration in size of disc herniation and disc herniation missed on recumbent imaging. Interventional Neuroradiology 2005; 11(Suppl 2): 260-270

18 Kaech DL, Elsig JP: Functional magnetic resonance imaging of the spine. Rivista Medica 2006; 12: 69-73

19 Kaech DL, Meier G: Principles, imaging and complications of spinal instrumentation – surgeon‘s perspective, in J.R. J (ed): Posttherapeutic neurodiagnostic imaging. Philadelphia: Lippincott, 1997, pp 267-302

20 Karadimas EJ, Siddiqui M, Smith FW, Wardlaw D: Positional MRI changes in supine versus sitting postures in patients with degenerative lumbar spine. J Spinal Disord Tech 2006; 19: 495-500

21 Morishita Y, Hida S, Miyasaki M, Hong SW, Zou J, Wei F et al: The Effects of the Degenerative Changes in the Functional Spinal Unit on the Kinematics of the Cervical Spine. Spine 33:E178-E182, 2008

22 Naxera J, Elsig J, Kaech D: Dynamic foraminal disc herniation revealed by functional MRI (fmri®) of the spine. Eur J Orthop Surg Traumatol 2008; 18: in print,

23 Park P, Garton HJ, Gala VC et al: Adjacent segment disease after lumbar or lumbosacral fusion: Review of the literature. Spine 2004; 29: 1938-1944

24 Rihn JA, Lee JY, Khan M, Ulibarri JA, Tannoury C, Donaldson WF et al: Does Lumbar Facet Fluid Detected on Magnetic Resonance Imaging Correlate With Radiographic Instability in Patients With Degenerative Lumbar Disease? Spine 2007; 32: 1555-1560

25 Siddiqui M, Nicol M, Karadimas E, Smith F, Wardlaw D: The positional magnetic resonance imaging changes in the lumbar spine following insertion of a novel interspinous distraction device. Spine 2005; 30: 2677-2682

26 Smith FW, Pope M, Wardlaw D: Dynamic MRI using the upright or positional MRI scanner, in Gunzburg R, Szpalski M (eds): Spondylolysis, spondylolisthesis and degenerative spondylolisthesis: Wolters Kluwer, 2005, pp 67-78

27 Smith FW et al: Positional Upright Imaging of the Lumbar Spine Modifies the Management of Low Back Pain and Sciatica, in European Society of Skeletal Radiology. Oxford, England, 2005

28 Smith FW et al: The potential value for MR imaging in the seated position: a study of 116 patients suffering from low back pain and sciatica, in European society of skeletal radiology, 2004

29 Vitaz TW, Shields CB, Raque GH, Hushek SG, Moser R, Hoerter N et al: Dynamic weight-bearing cervical magnetic resonance imaging: technical review and prelimin ary results. South Med J 2004; 97: 456-461

30 Weishaupt D, Schmid MR, Zanetti M, Boos N, Romanowski B, Kissling RO et al: Positional MR imaging of the lumbar spine: does it demonstrate nerve root compromise not visible at conventional MR imaging? Radiology 2000; 215: 247-253

31 Zou J, Yan H, Miyasaki M, Wei F, Hong SW, Yoon SH et al: Missed lumbar disc herniations diagnosed with kinetic magnetic resonance imaging. Spine 2008; 33: E140-E144</i>

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Letztes Update:2 April, 2009 - 23:00