İleri Mr Uygulamaları
Transkript
İleri Mr Uygulamaları
İLERİ MR UYGULAMALARI..... •Difüzyon MRG •DTI •Perfüzyon MRG •MRS •fMRG Difüzyon MRG Diffusion Tensor Imaging Difüzyon: Moleküllerin kinetik enerjilerine bağlı rastgele hareketleri İzotropik D: Mikroyapıları rastgele dizilmiş moleküllerin hareketi (gri cevher) Anizotropik D: Mikroyapıları belli bir düzende yerleşmiş moleküllerin hareketi (beyaz cevher) Fractional anisotropy (FA) (0-1) Mean Diffusivity (MD) • Protonların 3D ortamda yaptıkları ısı bağımlı serbest devinime “Brownian hareket” denir • DAG işte bu serbest devinimi ölçer • DAG de difüzyona uğrayan su molekülleri intravoksel faz değişikliği yaptırılarak o alanda sinyal kaybına yol açar. • Bunun için 180 puls öncesi ve sonrası D gradientler uygulanır. • Sabit dokular etkilenmez iken hareketli dokular (ekstrasellüler su) voksel içi – dışı hareketinden dolayı etkilenir. • D ↑ ise sinyal kaybı ↑ (koyu) • D ↓ ise sinyal kaybı ↓ (parlak) DAG • D ↑ ise sinyal kaybı ↑ (koyu) hipointens • D ↓ ise sinyal kaybı ↓ (parlak) hiperintens Gx G DG Gz Gy 180 DG 90 b değeri (s/mm2 ) • DAG yaratmak için kullanılan gradyent gücü ve süresini gösteren bir faktör • Uygulanan sekansın difüzyona ne kadar duyarlı olduğunu gösterir • b değeri arttıkça görüntünün difüzyon ağırlığı artar • Kısaca T2 AG de TE değeri neyse DWI da b değeri odur Uygun b değeri hangisi? • b değeri arttıkça difüzyon ağırlığı artar ancak, sinyalde de dramatik azalma izlenir • b değeri arttıkça beyaz cevher traktusları gri cevhere göre daha parlak hale gelir, çünkü su hareketi artan difüzyon gradyent gücü nedeniyle beyaz cevher içinde gri cevhere göre daha fazla kısıtlanacaktır. DAG Trace görüntü T2 parlama etkisi • DWI temelde T2 A sekansdır (TE:75-100 ms) • Bu nedenle normal T2 AG’lerde belirgin hiperintens olarak izlenen lezyon, DWI’lerde de hiperintens olarak izlenebilir ki, buna “T2 parlama etkisi” denir • T2 parlama etkisi nedeniyle, DWI de görünen parlamanın buna mı yoksa gerçek difüzyon kısıtlamasına mı bağlı olduğu her zaman ayırt edilemez ADC (Apparent diffusion coefficient) • D serbest su protonlarının gelişi güzel hareketidir. • Biyolojik dokularda zar ve büyük moleküller bu serbest hareketi kısıtlayacağından, biyolojik dokularda izlenen bu hareketi tanımlamak için “görünür difüzyon katsayısı” (ADC) kullanılır. • Bunun için eş parametrelerle çekilmiş farklı b değerinde iki ayrı DWI gereklidir. • ADC = -ln(SI 1000 / SI 0)/b ADC harita • Her bir voksel için, faklı b değerindeki DWI görüntülerde elde edilen sinyal intensitesinin b değerine göre hesaplanan doğal logaritmasının oluşturacağı ilişkinin eğimi hesaplanarak elde edilen görüntülere ise “ADC map” görüntüleri denir. ADC değer birimi: mm2/sn Neden ADC ? • T2 parlama etkisini kaldırır • Saf difüzyon bilgisi verir • b değeri (sn/mm2) cinsinden difüzyon hızının sayısal değerini verir Difüzyon sensitivite değeri (b değeri) b=0, b=500, b=1000 s/mm2 Görüntüler: b=0 T2-ağırlıklı b=500 s/mm2 pariyel T2 etkisi b=1000 s/mm2 uygun difüzyon bilgisi b=1000 sn/mm2 ADC değeri ADC harita .....(0.91)..... X10-3 mm2/sec Difüzyon (DTI) görüntüleme 3 yönde su difüzyonu ölçülür. DTI için min 6 yönde ölçüm yapılması gerekir. Gri maddede dif izotropiktir. Beyaz maddede ise myelin ve aksonlardan dolayı anizotropik. Difüzyon tensörü • Temel olarak; istenilen bir yöndeki difüzyonu ya da ortamdaki maksimum difüzyonun yönünü tanımlamak için kullanılan bir kaç değişik yöndeki difüzyon ölçümlerinden elde edilen sayısal matrisdir Dxx Dyx Dzx Dxy Dyy Dzy Dxz Dyz Dzz = D S=S0 b gDg e Tensör matrisi • Her hangi bir yöndeki difüzyonu tanımlayan, uzun aksı ortamdaki difüzyonun yönüne paralel olan elipsoid şeklinde tanımlanır θ Φ Anizotropi • Aksonal zar ya da myelin kılıfı gibi yapısal engellere paralel olan difüzyon en fazla olurken, onlara dik olan difüzyon en az olur MD (Mean diffusivity): O alanda diffüzyon miktarı FA (Fractional Anisotropy) (0-1): O bölgede difüzyonun hangi yönde ve miktarda olduğu NÖRAL NETWORK BÜTÜNLÜĞÜ FA Yön bilgili renkli FA Eksternal kapsül İnternal kapsül ön bacak İnternal kapsül arka bacak Optik traktus + Anaplastic Astrocytoma = PERFÜZYON GÖRÜNTÜLEME (DSC, DSE, ASL) Perfüzyon nedir? Bir dokunun belli bir miktarının kapiller yatağından geçen kan akımı olarak tanımlanır. Beyinde ml/100gr beyin dokusu/dakika Serebral kan akımı (CBF) MRG ile perfüzyon nasıl ölçülür? Perfüzyon ölçümü için “vasküler takipçi” gerekir 1. Ekzojen Gadolinium DSC ASL 2. Endojen RF pulsları ile işaretlenmiş kan DSC MR PERFÜZYON: (Dynamic susceptibility contrast) Gd ekzojen vasküler takipçi olarak kullanılır • Paramanyetik • KBB bozulmadıkça intravasküler • Abzorbe olmaz Dokuların T1 ve T2 sürelerinde kısalma DSC MR PERFÜZYON: (Dynamic susceptibility contrast) Gd beyin kapillerlerine ulaştığında: Damar ile çevre doku arasında manyetik alan gradienti oluşur Suseptibilite etkisi ile T2 / T2* sinyal kaybı (ΔR2) Hızlı MRG sekanslar ile bu sinyal kaybı grüntülenir DSC MR PERFÜZYON: Nasıl yapılır? IV Gd enjeksiyonu Otomatik enjektör Hızlı MR sekans ile ardışık görüntüleme EPI Gd’un first pass ve wash-out görüntüleri Datanın software ile işlenmesi Bazı parametreler ÖRNEK • • • • • • EPI sekans TR/TE/FA: 2000/63.86/90 Kesit kalınlığı: 5mm Kesit sayısı: 12 No of acq.: 40 Otomatik enjektör: 0.3 mmol/kg, 3ml/sec ÖRNEK IV Gd sonrası neler oluyor? RF venül Gd arteriol Her bir RF sonrası dokunun EPI görüntüleri alınır (ort. 12 kesit) IV SİNYAL G d Kapiller Wash-out ZAMAN 12 kesit 12 kesit 12 kesit Toplam 480 kesit 12 kesit 12 kesit Normal Sol ASM infarkt Ölçülen Parametreler: • CBV (cerebral blood volume) • CBF (cerebral blood flow) • MTT (mean transit time) • TTP (time to peak) • PBP (percentage of baseline at peak) CBF (Cerebral Blood Flow) (serebral kan akımı) ml/100 gr beyin/dakika CBV (Cerebral Blood Volume) (serebral kan hacmi) ml/100 gr beyin MTT (Mean Transit Time) (Ortalama geçiş süresi) sn CBF = CBV / MTT AKUT ASM İNFARKT DWI T2 CBV CBF MTT CBV CBF MTT DSC MR PERFÜZYON: CBV, CBF, vs gerçek kantitatif değerler mi? HAYIR !!! •kontrast miktarı •kontrast veriliş hızı •total vücut kan volümü •kardiyak output,vs Rölatif, semikantitatif rCBV, rCBF DCE MR PERFÜZYON: (Dynamic Contrast Enhanced) Gd beyin kapillerlerine ulaştığında: Normalde KBB intakt olduğundan parankime geçiş göstermez KBB bozulursa Gd interstisyuma ekstravaze olur Dipol – dipol etkileşimi ile T1 süresi kısalır Resirkülasyon ile Gd ekstravazasyonu devam eder T1 sinyal artışı zamanla daha belirgin olur DCE MR PERFÜZYON: Permeabilite görüntüleme Nasıl yapılır? IV Gd enjeksiyonu Otomatik enjektör rHızlı MR sekans ile ardışık görüntüleme T1 FLASH, SPGR Gd’un first pass ve resirkülasyon görüntüleri Datanın software ile işlenmesi Bazı parametreler Örnek Sekans: TR: 170msn TE: 4.76msn Kesit sayısı: 16 Süre: 23sn Gd: 0.1mmol/kg 7sn ara ile 9-10 tekrar Toplam 5-6 dak Ölçülen parametreler: • Ktrans • kPS • fBV (fractional blood volume) • K1 • K2 MR Permeabilite görüntüleme Courtesy of Marco Essig, DKFZ, Heidelberg ASL PERFÜZYON MRG (Arterial Spin Labeling) Endojen kontrast Proksimalde işaretlenen kan (su) Neresi, nasıl işaretlenir? O bölge neresi? Distalde incelenen bölgeye ulaştığında Görüntüleme yapılır Önce ve Sonra ASL PERFÜZYON MRG Model EPISTAR - QUIPPS II* MRG kesitleri İşaretleme Tag/Sat ASL Perfüzyon Sekansları Puls işaretleme Görüntüleme planı Alternating Inversion Alternating Inversion FAIR EPISTAR Flow-sensitive Alternating IR EPI Signal Targeting with Alternating Radiofrequency ASL perfüzyon Arterial Spin Labeling (ASL) perfusion, High grade recurrent glioma ASL, CBF Pseudo – progression, PWI 14.9.2010 13.10.2010 DSC, CBF DSC, CBF ASL, CBF ASL, CBF 11.1.2011 DSC, CBF PWI / DSC CBV = DSC MTT SWI DSC CBF ASL CBF MR Spektroskopi • Doku biyokimyası • Metabolit çeşidi, miktarı • In-vivo • Non-invazif MR Spektroskopi nedir? • 1H-MR spektrumu; dokunun belli bir volümündeki metabolitlerin sayısı ve çeşidinin grafik olarak gösterilmesidir • Dokunun kimyasal bileşimini gösteren non-invazif bir metodtur • Anatomik ve metabolik bilginin kombinasyonu, pekçok hastalıkta sebep ve süreç hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlar Kimyasal kayma w =gB Aynı atom numarasına sahip atomlar farklı kimyasal bileşikler içinde farklı Larmor frekansı gösterir Ana manyetik alan içinde, ilave küçük manyetik alanlar meydana gelir Aynı atomun farklı bileşiklerdeki frekansı değişir Kimyasal kayma • Bir referans bileşiğe ya da kullanılan atomun yüksek manyetik alanlı spektrometredeki santral Larmor frekansına oranla ppm cinsinden kayması • Ppm: parts per million •ppm skalası ( ppm: parts per million ): •MR spektrumda frekans farkını göstermek için pratik olması nedeni ile hertz yerine kullanılmaktadır. • ppm skalasında spinlerin rezonans frekansı referans frekansa oranlanarak frekans farkı olanak tanımlanır. • ör: N- acetylaspartate sudan 170 Hertz uzakta rezonans yapar, spektrumda yeri 2.02 ppm'dir, suyun ise 4.7 ppm'dir • Su ve yağ baskılama • CHESS ( chemical shift selective excitation ) • Manyetik alan homojenitesi ( shimming ) • FWHM ( full with half maximum ) MRS teknikleri • Single Voksel Spektroskopi ( SVS ) – Selektif RF pulsları ve manyetik alan gradientleri kullanılarak tek bir ilgilenilen volüm ( VOI ) ‘ den sinyaller elde edilir – Koronal, sagittal ve aksial kesitler üzerinde yerleştirilen volüm, üç kesitin kesişmesi ile oluşturulur PRESS: Point-resolved surface coil spektroskopi STEAM: Stimulated echo spektroskopi DRESS: Depth-resolved surface coil spectroscopy SPARS: Spatially resolved spectroscopy ISIS: Image selected in vivo spectroscopy ( Fosfor MRS'de) • Voksel boyu 2-8 cm3 arasında, yeni cihazlarda 1cm3 olabilmektedir. Voxel patolojiyi kapsarken normal doku dışında kalmalı veya vokselin %20'sinden az olmalıdır. SVS diffüz ve soliter lezyonlarda yararlıdır • Multivoksel Spektroskopi – Chemical shift imaging (CSI); Multivoksel teknikte voksel daha küçük olabilir, incelenen bölgede multipl sayıda spektral bilgi elde edilir, konvansiyonel görüntüye eklenebilir – beyinde 1H MRS’ de – Beyinde, kasta, karaciğerde ve kalpte 31P MRS’ de Single voksel Multi voksel Vokselin doğru yerleşimi önemli Çok sayıda bölge simultane değerlendirilebilir 2-D teknik 3-D teknik ile daha büyük volümler çalışılabilir TE • Kısa TE kısa relaksasyon zamanına sahip metabolitler • Pik intensitesi ve baseline ile olan ilişkisi • Örn: myoinositol TR • 1500 – 3000 milisaniye • Uzun TR’ lerde metabolit pikleri daha yüksektir ve değişkenlik gösterir Voksel yerleştirme • Patolojinin en homojen olduğu kısımdan ölçüm yapılmalı • BOS ve vasküler yapılardan kaçınılmalı • Gri cevher örneklemesi için – anterior ve posterior interhemisferik bölge • Beyaz cevher örneklemesi için – frontal bölge • Kıyaslama için normal hemisferden örnekleme yapılmalı Spektral Rezolüsyon • Spektral rezolüsyon • metabolit piklerini belirleme / ayırma • Alan homojenitesi • spektral rezolüsyon ile doğru orantılıdır • Yetersiz shimming sonucu metabolit piklerinin ayrımı güçleşir • Field strength (B0) • spektral rezolüsyon ile doğru orantılıdır Suboptimal shimming Doğru shimming Kalitatif ve kantitatif yorumlama • Kalitatif - pik var mı / yok mu ? • Görsel değerlendirme metabolitin pik yüksekliğine veya iki metabolitin pik oranına göre yapılır • Lokalizasyon, TE – TR değerleri • Normal taraf spektrasıyla kıyaslama Kantitatif yorumlama • Peak area ratios Semi-kantitatif Sık kullanılan oranlar NAA/Cr, Cho/NAA, NAA/Cho, Cho/Cr • Absolute metabolite concentration Metabolit konsantrasyonunun gerçek ölçümü Uzun zaman alır Teknik bağımlıdır Metabolitlerin T1 ve T2 zamanları ... METABOLİTLER NAA (2.02 ppm) • NAA: N-Asetil aspartat • Nöronal-aksonal marker • Miktarı nöronal bütünlük ve aksonal dansite ile koreledir NAA • Fokal lezyonlar • Demans • Doku hasarı • Canavan hst • Doku iyileşmesi Creatine/phosphocreatine (3.02 ppm ) • Enerji marker • Gn stabildir, – Metabolit oranlamasında • Gri madde de daha • Hiperosmolar durum • Bazı lezyonlarda Cholin (3.2 ppm ) • Membran marker • • • • • Hücre membran proliferasyonu ile Gelişen beyinde (neonatal) Gri madde de Tümörler İnflamasyon • Bazı lezyonlarda ve kr kc hst Myo-inositol (3.56) • Astrositlerde (glial marker) • Alzheimer • Hepatik ensefalopati • İskemi • Lityum tedavisi Glutamine/Glutamate (2.1-2.5 ppm) • Eksitatör bir nörotransmitterdir • Hipoksi • Hepatik ensefalopati • Alzheimer Lipid (0.8-1.5 ppm) • Kısa TE • Tümörler • Nekroz (marker) • Aktif demyelinizasyon Laktat (1.35 ppm) TE: 135 •Anaerobik glikoliz ürünü •Normalde yoktur •İskemi •Tümör •İnflamasyon TE: 30 Metabolit oranları NAA/Cr NAA/Cho Cho/Cr Normal Anormal 2.0 1.6 1 < 1.6 < 1.2 > 1.2 Normal MR Spectrum 2 GM Hunter’s angle 1 2 1 WM Düşük grade gliom fMRG (Fonksiyonel MRG) fMRG • MRG • Noninvaziv anatomik görüntüleme • Noninvaziv anatomopatolojik tanı fMRG • Beynin belli bir bölgesindeki artan metabolik aktivitenin hızlı bir şekilde görüntülenmesi fMRG Duysal / motor işlevlerin beynin hangi bölgesinin aktivasyonu sonucu oluştuğunu gösteren bir teknik Bir çeşit “Beyin Haritalaması” Beyinde aktive olan bölgeye kan akımının artışı O bölgedeki oksijenizasyon durumu fMRG’ deki KONTRAST BEYİN HARİTALAMASI fMRG Nasıl yapılır? • MR cihazının içindeyken hastaya komut verildiğinde belli bir işlevi yapması, diğer bir komut ile durması söylenir. • Bu işlevin oluşturduğu beyin stimuluslarını görmek için hızlı/düşük rezolüsyonlu görüntüler alınır. Hastadan yapması istenen işlevler nelerdir? •El / ayak parmak hareketleri •Görsel uyarılar •Duyma ile ilgili uyarılar •Konuşma •Farklı dilde konuşma •Sayı sayma •Şarkı söyleme, vs Fizyoloji ve hemodinamik değişiklikler fMRG beyin aktivitesini, nöral aktiviteye eşlik eden kan akım değişiklikleri üzerinden indirekt olarak göstermektedir. Bazal durum Aktif durum Red blood cell with oxygen Kan akımı arttığında oksijen taşıyan kırmızı kan hücrelerinin sayısı da artmaktadır Nöronal aktivite artışı ile: 1. Artan metabolik ihtiyaca sekonder oksijen tüketiminde artış 2. ~2 - 3sn sonra, lokal kan akımında artış ve böylece, artmış oksijen ihtiyacıcın kompansasyonu Kandaki OksiHb ve deoksiHb artışı fMRG’de ölçtüğümüz parametredir. Bu nedenle tekniğe BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) etkisi adı verilir. fMRG’de Kontrast; Kan Hb içindeki demire bağımlı Arterde OksiHB Diamanyetik Manyetik suseptibilite etkisi az Deoksijenizasyon ile oluşan DeoksiHb paramanyetik Lokal manyetik alanda bozulma Dokuda T2* kısalma fMRG sinyalinin tek vokseldeki şeması fMRG’de kontrast nasıl artar? Lineer Transform Modeli Aynı işlev tekrarlandıkça kontrast artışı ??? 10-20sn 10-20 sn işlev yok fMRG İncelemesi Nasıl Yapılır? 1. Hastaya yapması gereken işlevi tarif et 2. Önce yüksek rezolüsyonlu MR görüntüleri al 3. İşlevi ardışık birkaç kere yaptır (aktif) ve arada dur (bazal) 4. Bu işlevler sırasında fMRG çekimine devam et 5. Aktif – bazal görüntüler 6. Aradaki fark stimulusa sekonder değişiklikleri gösterir 7. Değerlendirme için postprocessing istatiksel analiz gerekir 8. İstatiksel görüntüleri yüksek rezolüsyonlu görüntülerin üzerine entegre et (5 + 2) fMRG Dizaynı: Örnek: Duyma ve Görme Görme + duyma + uyarı yok (Her biri 9 saniye). 2 1 0 -1 0 50 100 150 200 250 300 350 250 300 350 0.4 0.2 0 -0.2 0 50 Uyaranlara yanıtlar 2 1 0 -1 0 50 100 150 200 Zaman , Saniye Kan oksijenizasyonundaki küçük sinyal değişiklikleri fMRG ile beyin aktivasyonunun haritalanmasına izin vermektedir Zaman içerisinde sinyal değişimi Aktivasyonun yüksek rezolüsyonlu imaja aktarımı fMRG ile beyin aktivitesinin dinamik gösterimi Görme Duyma PWI, CBF map fMRI, Finger tapping fMRI, language task Tractography, arcuate fasciculus Sevilmeyen şarkı Sevilen şarkı fMRG datalarından Kantitatif değerler elde etmek mümkün mü? Bazı postprocessing software ihtiyacı var FMRISTAT MINC BRAIN VOYAGER BRAINS2 SPM, vs 1.5T vs 3T CBF maps fMRI Sabrınız için teşekkür ederim