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Hintergrund Die Strahlentherapie stellt neben Operationen und Chemotherapien eine tragende Säule der modernen kranialen Tumortherapie dar. Als Nebenwirkung können jedoch, teils deutliche, kognitive Einschränkungen auftreten, insbesondere hinsichtlich der Gedächtnisleistung. Die hippocampusschonende Bestrahlung stellt einen möglichen Ansatzpunkt zur Reduktion derartiger Nebenwirkungen dar. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) kann in vivo zur Erkennung mikrostruktureller Veränderungen des Gehirns eingesetzt werden, welche mittels konventioneller MRT-Bildgebung nicht zu detektieren sind. Während die DTI-Eigenschaften der weißen Substanz nach Bestrahlung bereits in einer Reihe von Studien untersucht wurden, liegen nur wenige und teils widersprüchlich erscheinende Daten zur grauen Substanz und zur Struktur des Hippocampus vor. Ziele Primäres Ziel der publizierten Studie war die genaue Charakterisierung der zerebralen Mikrostruktur mittels DTI im Verlauf nach Bestrahlung mit besonderem Fokus auf der Struktur des Hippocampus. Sekundäres Ziel war der Vergleich der entstandenen Veränderungen zwischen hippocampusschonend bestrahlten Patienten und Patienten nach konventioneller Hirnbestrahlung. Methoden Die zugrundeliegende prospektive randomisierte Studie (HIPPOSPARE-01) schloss zum Auswertungszeitpunkt 86 Patienten ein. Hiervon erfüllten 35 Patienten die Kriterien einer abgeschlossenen Strahlentherapie und einer suffizienten DTI-Verlaufsbildgebung. Die DTI- Parameter fraktionelle Anisotropie (FA), mittlere Diffusivität (MD), radiale Diffusivität (RD) und axiale Diffusivität (AD) wurden im Corpus callosum sowie jeweils beidseits in Hippocampus, frontalem Marklager und temporalem Marklager bestimmt. Die DTI- Bildgebung erfolgte vor Bestrahlung sowie in 6-Monats Intervallen 6, 12, 18, 24 und 30 Monate (jeweils ± 3 Monate) nach Bestrahlung. Es erfolgte eine longitudinale Analyse unter Verwendung gemischter linearer Modelle. Ergebnisse und Beobachtungen In der weißen Substanz des Corpus callosum zeigten sich in allen individuellen Beobachtungszeiträumen gegenüber der Messung vor Bestrahlung verringerte Werte der FA (p < 0.001, p < 0.001, p ≤ 0.009, p ≤ 0.004, p ≤ 0.009) und erhöhte Werte der RD (p < 0.001, p < 0.001, p ≤ 0.001, p < 0.001, p < 0.001) sowie eine verringerte AD nach 6 Monaten (p ≤ 0.007) und erhöhte MD nach 12 Monaten (p ≤ 0.018). Auch im Temporallappen war die AD in den Messungen nach 24 und 30 Monaten verringert. Im Hippocampus ergaben sich dagegen erhöhte Werte der FA 6 und 12 Monate nach Bestrahlung (p ≤ 0.011, 0.039), resultierend aus einer deutlich erhöhten AD 6, 12, 18 und 30 Monate nach Bestrahlung (p ≤ 0.003, 0.015, 0.003 and 0.005) bei einem relativ verzögerten Anstieg der RD erst 30 Monate 2 nach Bestrahlung (p ≤ 0.019). Die MD zeigte sich 6, 18 und 30 Monate nach Radiatio gegenüber der Baseline erhöht (p ≤ 0.026, 0.020 and 0.008). Es bestand eine positive Korrelation der hippocampalen FA mit der mittleren hippocampalen Bestrahlungsdosis (p ≤ 0.001). Die Patienten der hippocampusgeschonten Gruppe zeigten 6 Monate nach Bestrahlung gegenüber konventionell bestrahlten Patienten erhöhte hippocampale AD-Werte. Schlussfolgerungen Hippocampal zeigt sich nach Bestrahlung ein zur weißen Substanz unterschiedliches Muster zerebraler DTI-Veränderungen. Hierbei könnten komplexe pathophysiologische Vorgänge im Rahmen der spät-verzögerten zerebralen Strahlenreaktion zugrunde liegen, welche in bisherigen Erklärungsmodellen zerebraler DTI-Eigenschaften nicht ausreichend berücksichtigt sind. 6 Monate nach Radiotherapie zeigten sich mikrostrukturelle Unterschiede der Hippocampi hippocampusschonend bestrahlter und konventionell bestrahlter Patienten. Hippocampal-sparing radiotherapy (HSR) is a promising approach to alleviate cognitive side effects following cranial radiotherapy. Microstructural brain changes after irradiation have been demonstrated using Diffusion Tensor Imaging (DTI). However, evidence is conflicting for certain parameters and anatomic structures. This study examines the effects of radiation on white matter and hippocampal microstructure using DTI and evaluates whether these may be mitigated using HSR. A total of 35 tumor patients undergoing a prospective randomized controlled trial receiving either conventional or HSR underwent DTI before as well as 6, 12, 18, 24, and 30 (±3) months after radiotherapy. Fractional Anisotropy (FA), Mean Diffusivity (MD), Axial Diffusivity (AD), and Radial Diffusivity (RD) were measured in the hippocampus (CA), temporal, and frontal lobe white matter (TL, FL), and corpus callosum (CC). Longitudinal analysis was performed using linear mixed models. Analysis of the entire patient collective demonstrated an overall FACC decrease and RDCC increase compared to baseline in all follow-ups; ADCC decreased after 6 months, and MDCC increased after 12 months (p ≤ 0.001, 0.001, 0.007, 0.018). ADTL decreased after 24 and 30 months (p ≤ 0.004, 0.009). Hippocampal FA increased after 6 and 12 months, driven by a distinct increase in ADCA and MDCA, with RDCA not increasing until 30 months after radiotherapy (p ≤ 0.011, 0.039, 0.005, 0.040, 0.019). Mean radiation dose correlated positively with hippocampal FA (p < 0.001). These findings may indicate complex pathophysiological changes in cerebral microstructures after radiation, insufficiently explained by conventional DTI models. Hippocampal microstructure differed between patients undergoing HSR and conventional cranial radiotherapy after 6 months with a higher ADCA in the HSR subgroup (p ≤ 0.034). |
