İNSAN BEYNİNDE MR GÖRÜNTÜLEMEYLE TAM OLARAK TEŞHİS EDİLEMEYEN TÜMÖR, MS VE İNFARKT GİBİ BAZI HASTALIKLARIN MR

Transkript

1 İNSAN BEYNİNDE MR GÖRÜNTÜLEMEYLE TAM OLARAK TEŞHİS EDİLEMEYEN TÜMÖR, MS VE İNFARKT GİBİ BAZI HASTALIKLARIN MR SPEKTROSKOPİ YÖNTEMİYLE TEŞHİS EDİLMESİNİ SAĞLAYACAK UYGUN KRİTERLERİN BELİRLENMESİ PROJE NO: SBAG-1945 Yrd. Doç. Dr. ALİ YAMAN Prof. Dr. İLHAN ERDEN Prof. Dr. SERDAR AKYAR Prof. Dr. D. MEHMET ZENGİN EYLÜL 2000 ANKARA

2 i ÖNSÖZ MRG görüntüleme yöntemiyle tam olarak teşhis edilemeyen kitle ve lezyonların belirlenebilmesi için ek tanı gücüne gerksinim duyulmaktadır. MRG görüntülerinde belli bir bölgeden elde edilecek MR spektrumlarındaki metabolit sinyallerinin değişiminden yararlanarak, hastalıklı dokunun teşhis edilmesi mümkün olabilmektedir. Bu proje kapsamında, beyindeki MR görüntülerinde hastalıklı doku ayırımı için uygun kriterlerin belirlenmesi için çalışılmıştır. İnceleme yapılan hastalardan elde edilen spektrumlar mevcut literatür ışığında değerlendirilmiş ve yararlı sonuçlar elde edilmiştir. Bu proje Tübitak-SBAG tarafından desteklenmiştir (SBAG-1945). Proje kapsamındaki incelemeler Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi İbn-i Sina Hastanesi Radyodiagnostik Anabilim Dalındaki MRG sistemi yapılmıştır. 2

3 ii İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ ŞEKİL DİZİNİ TABLO DİZİNİ ÖZ ABSTRACT i iii iv v vi 1. GİRİŞ 1 2. MAGNETİK REZONANS SPEKTROSKOPİ (MRS) GENEL BİLGİLER SİNYALİN ELDE EDİLMESİ SPİN-ÖRGÜ DURULMA ZAMANI (T1) SPİN-SPİN DURULMA ZAMANI (T2) SPİN YOĞUNLUĞU (ρ) MRG VE MRS DE KULLANILAN BAŞLICA PULS SERİLERİ SATURATION RECOVERY (DOYMA VE ESKİ DURUMUNA GELME) INVERSION RECOVERY (TERS ÇEVİRME VE ESKİ DURUMUNA GELME) SPIN-ECHO (SPİN-YANKI) GEREÇ VE YÖNTEM BULGULAR TARTIŞMA KAYNAKLAR EKLER 30 3

4 iii ŞEKİL DİZİNİ Şekil yaşında sağlıklı erkek gönüllü A) Aksiyal SE T1A (TR:500 ms, TE:16 ms) görüntülerde bazal ganglion düzeyinde normal beyin parankiminden yapılan voksel (kare kutu örneklemesi B) Yukarıdaki bölgeden alınan normal tek voksel proton MR spektroskopisi görülmektedir. N-asetil aspartat (NAA) 2.00 ppm, kreatin (Cr) 3.00 ppm, kolin (cho) 3.20 ppm de rezonans göstermektedir. Şekil 2. Evre IV astrositom A) Aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:85 ms) görüntülerde sol frontalde geniş boyutlarda nekrotik kitle lezyonu ve çevresi ödem alanı ve tümörün nekrotik bölümüne yerleştirilen 8 cm 3 voksel (kare kutu) B) Kontrlateral normal görünümlü beyaz cevhere yerleştirilen 8 cm 3 voksel C) Nekrotik bölümden yapılan tek voksel proton MR spektroskopisi 1.3 ppm deki pik lipid ve laktat ın karışımını (uzun ok); 0.9 ppm deki daha küçük pik lipid i (kısa ok) göstermektedir. NAA, Cr ve Cho sinyalleri ihmal edilmiştir. Şekil 3. Evre III astrositom A) Aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:105 ms) görüntülerde sol oksipitalde, ventrikül homu komşuluğunda kistik komponentli kitle lezyonu ve kistik alana yerleştirilen voksel (kare kutu) B) Aynı olgunun kontrlateral normal görünümlü parankiminde lokalize voksel C) Kistik bölgeden yapılan proton MR spektrumunda NAA düşüklüğü, Cho yüksekliği, 1.3 ppm de laktat ve lipid karışımını (kısa ok); 0.9 ppm de lipid varlığı (uzun ok) izlenmektedir (üstte) D) Kontrlateral parankiminden elde edilen normal proton spektrumu 4

5 Şekil 4. Multiple metastatik lezyon olgusu A) Aksiyal düzlemde SE T1A (TR: 360 ms, TE:10 ms) görüntüde iki adet hipointens metastatik kitle lezyonu ve çevresel ödem alanı görülmektedir. Soldaki lezyona voksel (kare kutu) yerleştirilmiştir. B) Şekil 4A daki belirtilen metastatik lezyondan yapılan proton spektrumunda yüksek laktat piki (1.3 ppm, uzun ok), lipid varlığı (0.9 ppm kısa ok), kolin yüksekliği, NAA ve Cr azalması seçilmektedir C) Aynı olgunun aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:85 ms) görüntüsünde iki adet metastatik kitle lezyonu ve çevresel ödem alanı ile normal görünümlü beyaz cevhere lokalize voksel (kare kutu) izlenmektedir. D) Yukarıdaki Şekil 4C deki normal görünümlü parankiminden elde edilen proton MR spektrumu 5

6 iv TABLO DİZİNİ Tablo 1 : Beyin tümörü olgularının yaş, cinsiyet dağılımı ve lezyonların görüntüleme özellikleri ve histopatolojisi Tablo 2 : Beyin tümörü olgularının yaş, cinsiyet dağılımı, metabolit pik yükseklikleri ve tümoral lezyonların histopatolojisi Tablo 3 : Normal görünümlü beyin parankimi ve tümoral dokunun Cho/NAA ve Cre/NAA oranlarının ortalama değerleri Tablo 4 : Olguların tümoral ve normal görünümlü bölgelerinin metabolit pik oranları Tablo 5 : Normal görünümlü beyin parankimi ve temporal lob epilepsi (TLE) dokusunun Cho/NAA ve Cre/NAA oranlarının ortalama değerleri Tablo 6 : Normal görünümlü beyin dokusu ve infarkt olan bölgeye ait Cho/NAA ve Cre/NAA oranlarının ortalama değerleri Tablo 7 : Normal görünümlü beyin dokusu ve MS plağından elde edilen Cho/NAA ve Ins/Cre oranlarının ortalama değerleri 6

7 v ÖZ Beyin tümörü tanısı olan 21 olguda (16 astrositom, 1 differansiye oligodendriogliom, 1 mikst oligoastrositom, 3 metastaz) tek voksel görüntüleme tekniğiyle proton magnetik rezonans spektroskopi yapılmıştır. Bu olguların 11 tanesi için kontralateral normal görünümlü beyin parankimi ile karşılaştırma yapılmıştır. Kranial magnetik rezonans görüntüleme ve spektroskopi incelemeleri 1.5 T GE Signa tüm vücut görüntüleme sisteminde yapılmıştır. Proton MR spektroskopi tetkikleri PRESS puls sekansı kullanılarak ortalama 2x2x2 cm 3 hacimden elde edilmiştir. Astrositoma ve metastaz olgularında normal beyin dokusuna göre N-asetil aspartat (NAA) azalması ve Kolin yükselmesi saptanmıştır. Yüksek evreli astrositoma ve metastazlarda laktat piki görülmüş ve Kreatin, kontralateral normal beyin parankimine göre azalmıştır. İncelenen 7 temporal lob epilepsi olgusunda normal beyin dokusuna göre çok belirgin NAA azalması tespit edilmiştir. İncelenen 6 infarkt olgusunda NAA azalmasına ek olarak laktat piki artması belirlenmiştir. MR spektroskopi incelemesi yapılan 5 Multiple Sclerosis (MS) olgusunda NAA azalması ve belirgin inositol piki artması gözlenmiştir. Tek voksel proton magnetik rezonans spektroskopi, konvansiyonel MRG ile birlikte kullanılmakta olup beyindeki hastalıklı dokuların tanısında kullanışlı yeni bir teknik olarak değer kazanmaktadır. Anahtar Sözcükler: Manyetik Rezonans Görüntüleme, Spektroskopi, PRESS, Beyin tümörleri, Temporal lob epilepsi 7

8 vi ABSTRACT Single voxel localized proton MR spectroscopy were obtained in 21 patiens with brain tumors (16 astrocytoma, 1 differentiaded oligodendrioglioma, 1 mixed oligoastrocytoma, 3 metastases). A corresponding spectroscopic data were obtained from normal appearing brain parenchyma in patients for comparision with spectra obtained from pathologic areas. Cranial proton magnetic resonance imaging and spectroscopy was performed with a 1.5 T magnetic resonance unit using a point-resolved spectroscopic sequence (PRESS) with a 2x2x2 cm 3 volume of interst. In patients with astrocytoma and metastases, a decrease in N-acetyl aspartate (NAA) and an increase in choline level were detected when compared with those in the spectra obtained from the normal tissue. Lactate peaks were identified in high grade astrocytomas and metastases. The creatine signal in all high grade astrocytomas was slightly less than of contralateral normal brain tissue. In 7 patients with temporal lobe epilepsy, a decrease in NAA were detected when compared with those in the spectra obtained from contralateral normal brain tissue. In 6 patients with infarcted brain, a decrease in NAA and an increase in lactate peak were detected. In 5 patients with Multiple Sclerosis examined MR spectroscopy, a decrease in NAA and a substantial increase in the inositol peak were detected. Single voxel localized proton magnetic resonance spectroscopy may be complementary to conventional magnetic resonance imaging. It is an accurate method for the diagnosis of pathologic areas in brain. Key words: Magnetic resonance imaging, spectroscopy, Point resolved spectroscopy (PRESS), Brain tumors, Temporal lobe epilepsy 8

9 1.GİRİŞ MR spektroskopinin (MRS) tıbbi uygulamalarına 1966 da Odeblad ve arkadaşları (1) öncülük etmişlerdir. İlk tıbbi uygulamaları ise çeşitli vücut sıvısı ve salgılarıyla ilgili MRS çalışmalarıdır. Daha sonra 1971 de Damadian (2) ve arkadaşları, tümörlü ve normal dokudan alınan örneklerle yaptıkları çalışmalarda, tümörlü dokulara ait T1 (Toplam magnetizasyonun boyuna durulma zamanı) zamanının, normal dokuya ait T1 zamanından oldukça büyük olduğunu göstermişlerdir. Buna benzer bir çalışma da Weisman ve arkadaşları (3) tarafından 1972 de yapılmıştır. Beyine ait ilk spektroskopi sonuçları 1983 de Yale Üniversitesinde (ABD) Behar ve arkadaşları (4) tarafından elde edilmiştir. Bu çalışmalarda ameliyatla alınmış bir fare beyni dokusunun yüzey bobini içine doğrudan yerleştirilmesiyle elde edilen spektrumlar incelenmiştir. Yakın zamana kadar MRS çalışmalarının çoğu küçük gruplar tarafından ve sınırlı teçhizat ile yapılmaya çalışılmıştır (5-11). Daha sonra elde edilen sonuçlar ile MRS nin önemi anlaşıldıkça konuya ilgi duyanlar çoğalmış ve bugün ticari olarak da elde edilebilen uygun software programları geliştirilmeye başlanmıştır. Günümüzde bir çok 1,5 T görüntüleme sistemlerinde MRS seçeneği mevcuttur ve uygun MR spektrumları yaklaşık 10 dakikada elde edilebilir. Diğer magnetik momente sahip çekirdeklerle karşılaştırıldığında, yüksek magnetik duyarlıkları ve organik yapılardaki yüksek bolluklarından dolayı MRS için genelde 1 H çekirdekleri (protonlar) kullanılır. Protonlar için 1.5 Tesla da rezonans frekansı 63,86 MHz dir.mrs değişik metabolitlerin doku düzeylerini ölçebilmektedir. Bu yüzden metabolik ve biyokimyasal bilgi veren tek noninvaziv yöntemdir. Uzun yankı zamanları (TE) kullanıldığı zaman (135 ya da 270 ms) proton MR spektrumlarında ortaya çıkan başlıca spektral pikler ; 3,2 ppm de kolin (Cho), 3,0 ppm de kreatin (Cr), 2,0 ppm de N-Asetil aspartat (NAA) ve 1,3 ppm de laktat (La). Şimdiye kadarki çalışmalar, yukarıdaki bileşiklerin normal ve tümörlü dokuya ait spektrumlarında açıkça görülen farklılıklar olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada normal ve patolojik beyin dokusunda 1

10 belirli bölgeden alınan spektrumlardaki pikler değerlendirilerek, MRS nin patolojik dokularda tanı değerinin ortaya konulmasına çalışılmıştır. MRS çalışmalarında ağırlıklı olarak beyin tümörleri incelenmiş olmakla birlikte, epilepsi ve infarkt olguları da değerlendirilmiştir. Proje kapsamında hastanede MR ve MR spektroskopi incelemesi için gelen hastaların oluşturulan protokollerle MR spektrumları alınmıştır. Bu spektumlar, mevcut literatür bilgileride göz önüne alınarak çeşitli metabolit oranlarını elde etmek üzere bilgisayar ortamında analiz edilmiştir. Genel sonuçlara varabilmek için inceleme sayılarının artırılması ve istatistiksel dağılımın belirlenmesine çalışılmıştır. 2

11 2. MAGNETİK REZONANS SPEKTROSKOPİ (MRS) Magnetik rezonans olayı spini sıfırdan farklı olan çekirdeklerde gözlenebilir. Sabit bir dış magnetik alanın varlığında aynı türden çekirdekler göz önünde bulundurulursa Şekil 2.1 de görüldüğü gibi bu çekirdekler ya alana zıt yönde ya da paralel olarak yönelirler. Net magnetizasyon M bu iki durumun farkıdır. B 0 z M B 0 z τ = MxB 0 M a) b) M= M - M Şekil 2.1 a) Dış alana paralel yönelme b) Dış alana zıt yönde yönelme Bu durumda sonuç olarak net magnetizasyon z yönünde olacak ve dış alan etrafında presesyon (ikili dönme) hareketi yapacaktır. Magnetik rezonans olayını açıklamak için en basit örnek bir hidrojen atomu çekirdeği ( 1 H ) yani bir protonu (spini 1/2) göz önüne almaktır. Bu sisteme dışarıdan bir radyo frekansı (RF) uygulanıp rezonans oluşturulabilir. Rezonansda çekidek magnetik momenti yukarı-aşağı durumlar arasında yer değiştirir. Bu iki durum arasındaki enerji farkı ΔE = M B 0 Δm m =1/2, m =-1/2 = ± (γ p h/2π) B 0 = ± (γ p h/2π) B 0 Δm = ± 1 (1) olur.γ p proton jiromagnetik oranı, h planck sabitidir. Hidrojen için γ p /2π = 42,57 Mhz / T dır. Kuantum mekaniğine göre iki ardışık enerji seviyesi arasındaki fark spini 1/2 parçacıklar için ΔE = hω 0 / 2π = (γ p h / 2π) B 0 (2) ve buradan da ω 0 = γ p B 0 (3) elde edilir. B 0 =1,5 T için elde edilecek frekans değeri ω 0 64 MHz olacaktır. Bu frekans tipik radyo frekansı bölgesindedir. Bundan dolayı magnetik rezonansda kullanılan RF terimi, radyo dalgaları frekansı boyutunda bir frekans ve enerjiyi temsil eder. Net magnetizasyon M, B 0 etrafında dönerken, y yönünde ω 1 frekansıyla titreşen bir B 1 RF magnetik alanı (Şekil 2.2) bu sisteme uygulanırsa M, aynı zamanda B 1 etrafında da dönmeye zorlanacaktır. 3

12 ω 1 B 1 (t) = 2B 1 cos(ω 1 t) y x ω 1 Şekil 2.2. Dış magnetik alana dik olarak uygulanan RF (B 1 ) alanı B 0 ve B 1 den dolayı M magnetizasyonu iki ayrı torkun (dönme momenti) etkisi altında kalır. Bunlar, τ 0 = MxB 0 ω 0 = γ B 0, τ 1 = MxB 1 ω 1 = γ B 1 (4) dir. B 1, RF alanının iki tane bileşeni vardır. Bunlardan birisi, dış alan etrafında dönen M ile zıt yönde döner ve bunun M üzerine ortalama etkisi sıfırdır. Diğer bileşen M ile aynı yönde döner ve M üzerinde etkili olup onu kendisi etrafında döndürmeye zorlar. Bu etki ω 0 ile ω 1 frekanslarına bağlıdır. ω 0 sabit olup, ω 1 değiştirilerek ω 1 = ω 0 (5) şartı sağlanısa dönme momenti τ 1 in en büyük olur. Böylece M, B 0 etrafında dönerken aynı zamanda B 1 etrafında da dönmeye başlar. Bundan dolayı magnetizasyon B 1 etrafında dönerken sırasıyla aşağı ve yukarı yönelir. Bu durum magnetik rezonans olayını anlatır. Böylece Şekil 2.3 de görüldüğü gibi yukarı ve aşağı durumlar için rf alanından enerji alınır ve örgüye geri verilir. B 0 z ω 0 M ω 1 y ω 1 = ω 0 rezonans durumu x B 1 Şekil 1.3. Rezonans durumunda net magnetizasyonun hareketi 4

13 2.1 SİNYALİN ELDE EDİLMESİ Net magnetizasyonun B 0 etrafında ω açısal hızıyla dönerken olaya aynı ω frekansıyla dönen bir koordinat sisteminden bakarsak M hareketsiz kalır. Bu durum Şekil 2.4 de gösterilmiştir. z B 0 M x ω y Şekil 2.4 ω açısal hızıyla z ekseni etrafında dönen koordinat sisteminde magnetizasyonun durumu Bu durumda uygulanan B 1 RF alanı sürekli değil bir t p zamanı uygulanıp kesilirse (puls şeklinde) M, B 1 etrafında θ açısı kadar dönüp öyle kalacaktır. Böylece ω = θ / t p = γ B 1 ve θ = γ B 1 t p (6) olur. Uygun zamanı ile θ = π/2 veya θ = π seçilebilir. Bu durum Şekil 2.5 de gösterilmiştir. B 0 B 0 π/2 pulsu M 0 M 0 B 1 M 0 B 1 π pulsu Şekil 2.5 a) 90 0 ve b) RF pulslarının dönen koordinatlarda net magnetizasyona uygulanması İçinde örnek bulunan bir bobin aracılığıyla 90 0 pusunun örneğe uygulanması Şekil 2.6 da gösterilmiştir. ω 0 frekansıyla presesyon yapan Magnetik momentler (spinler) indükleme ile bobin (kangal) içinde bir akı oluşturacak ve akı spinler presesyon yaparken değişecektir. Akı değişimi bobin üzerinde bir emk (elektro motor kuvvet) üretecektir. Bu emk bir gerilime (voltaj) karşılık gelir ve zamanla değişimi bir osiloskop yardımıyla izlenirse Şekil 2.7 de görülen serbest indüksiyon bozunumu (free induction decay, FID) sinyali elde edilir. 5

14 B 0 B 0 B 0 a) b) c) Şekil 2.3 a) Içinde örnek bulunan bobin. Sıcaklık dengesinde fazla momentler B 0 a paralel durumda b) Bir 90 0 pulsunun (y yönünde) uygulanmasından sonra momentler dönen koordinat sisteminde x-y düzleminde hareketsiz kalacaklar ancak laboratuar çerçevesinde dış alan dik olarak presesyon yapacaktır. c) Bir süre sonra Lab. çerçevesinde momentlerin durumu V t Şekil 2.7 Serbest indüksiyon bozunumu sinyali Dönme durumunda voltajın artıdan eksiye değişmesi presesyon sırasında spinlerin dönmesinden kaynaklanır. FID sinyali MR görüntüleri oluşturmada kullanılan temel sinyallerdir. Magnetizasyonun enine bileşeninin büyüklüğü FID sinyalinin genliğini belirler. Fakat FID sinyali çevreyle etkileşmeden dolayı bozunur. Sıvılarda bozunma milisaniye mertebesinde, katılarda ise mikrosaniye mertebesindedir.zamanla üstel olarak azalan sinyal Şekil 2.8 de gösterilmiştir. S t Şekil 2.8 Sönümlü FID sinyali 6

15 Spin-Örgü Durulma Zamanı (T 1 ) Spin-Örgü durulma zamanı, RF pulsundan sonra magnetizasyonun tekrar denge durumuna dönmesini ifade eder. T 1, incelenmekte olan çekirdeğin özellikleri, bulunduğu yer ve çevresi hakkında önemli bilgiler verir. Bir 90 0 pulsu uygulandıktan sonra spinlerin tekrar eski durumlarına gelmeleri Şekil 2.9 da görülmektedir. B B B M a) b) c) Şekil 2.9 T 1 durulması a) Denge durumu b) 90 0 pulsundan sonra spinlerin durumu c) z doğrultusuna geri dönme (durulma) M 0, z yönündeki boyuna (longitidunal) magnetizasyonu göstermektedir. Yaklaşık 4-5 T 1 zamanı beklendikten sonra sistem tamamen denge durumuna döner. Boyuna magnetizasyon ancak 90 0 pulsları yardımıyla ölçülebilir. T 1, Şekil 2.10 da görüldüğü gibi üstel olarak denge durumuna gelen magnetizasyonun üstel sönüm sabitidir. T 1 durulmasında magnetizasyon denge durumuna dönerken enerjisini etrafına (örgüye) verir. M z M 0 T 1 2T 1 3T 1 4T 1 5T 1 zaman Şekil 2.10 Boyuna magnetizasyonun denge durumuna dönmesi 7

16 Spin-Spin Durulma Zamanı (T 2 ) Spinlerin bir diğer enerji etkilkeşme yolu ise, birbirleri ile etkileşerek enerjilerini bir diğerine aktarmaktır. Şekil 2.11 de görülen bu etkileşme durumunda sinyal, S(t) = S 0 e -t/t2 şeklinde bozunur. M a) b) c) d) Şekil 2.11 T 2 durulması a) Denge durumu b) 90 0 pulsu uygulandıktan sonraki durum c) t=t 2 zamanı sonunda durum ve d) t= zamanı sonunda durum Spektral dağılım fonksiyonu G(ω), S(t) nin Fourier dönüşümü ile elde edilir ve G(ω) =S 0 (1/T 2 ) / [(ω-ω 0 ) 2 +(1/T 2 ) 2 ] (7) Şekil 2.12 de Δω 1/2 = 2 / T 2 ye karşılık gelen bir lorentziyen çizgi verir. Δω 1/2 ω 0 ω Şekil 2.12 Bir 90 0 pulsundan sonra magnetizasyonun faz dışı olması ve bunun frekans bölgesindeki spektral dağılımını göstern Lorentziyen çizgi biçimi S(t) ile G(ω) arasındaki bağıntı S(t) = G(ω) cos(ωt) dω (8) ve G(ω) = (1/2π) S(t) cos(ωt) dt (9) biçimindedir. Insan vücudundaki bir çok madde için T 2 daima T 1 den daha küçüktür. Sıvılar katı hale gelirse (soğutma ya da basınçla) T 2 de T 1 değerine yaklaşır. 8

17 Spin Yoğunluğu (ρ) Rezonansa giren spinlerin miktarı ile ilgilidir. Proton rezonansı dikkate alınıyorsa bu büyük ölçüde ilgilenilen maddenin içindeki su yoğunluğu ile ilgilidir. Sonuç olarak görüntüleme ve spektroskopiye temel teşkil eden FID sinyali a) Rezonansa giren çekirdek sayısı (spin yoğunluğu) b) Spin-örgü durulma zamanı (T 1 ) ve c) Spin-spin durulma zamanı (T 2 ) ye bağlıdır. Daha önce belirtildiği gibi RF magnetik alanı pulslar şeklinde uygulanır. Birden fazla RF pulsunun belirli zaman aralıkları ile uygulandığı bir seri varsa bu seriye puls serisi adı verilir. Şimdiye kadar değişik amaçlara yönelik bir çok puls serisi üretilmiştir. Yukarıda belirtilen parametrelerden bir ya da birden fazlasına duyarlı olacak şekilde üretilmiş ve sıkça kullanılan belli başlı puls serileri bir sonraki kesimde verilecektir. 9

18 2.2. MRG VE MRS DE KULLANILAN BAŞLICA PULS SERİLERİ SATURATION RECOVERY (DOYMA VE ESKİ DURUMUNA GELME) SR serisinde puls tekrarlama zamanı (Repitition time, TR) dediğimiz zaman aralıklarında 90 0 pulsu uygulanır ve sinyal kaydedilir. Şekil 2.13 de görüldüğü gibi pratikte 90 0 puls aralarına pulsları konularak spin-yankıları oluşturulur. Böylelikle daha kuvvetli sinyal elde edilmiş olur TE/2 TE/2 TR Şekil 2.13 Pratik SR puls serisi Bu durumda iki farklı dokunun rezonans sinyallerinin zamana bağlılığı Şekil 2.14 de gösterilmiştir. SR serisiyle elde eilen sinyal, S ρ (1 - e -TR/T1 ) (10) olarak verilir. Sinyal Gen. kısa T 1 uzun T 1 TR(s) Şekil 2.14 a ve b gibi iki farklı dokuya ait SR ile elde edilmiş sinyaller Iki sinyal arasındaki fark MR görüntüsünde parlak ve koyu olarak kontras verecektir. 10

19 2.2.2 INVERSION RECOVERY (TERS ÇEVİRME VE ESKİ DURUMUNA GELME) SERİSİ Bu seride önce pulsu uygulanır. Daha sonra biraz beklenip bir 90 0 pulsu uygulanarak elde edilen sinyal kaydedilir. IR puls serisi Şekil 2.15 de ve TR ye bağlı olarak elde edilen sinyal Şekil 2.16 da gösterilmiştir. Bu seri ile elde edilen sinyal, S ρ (1 - e -TI/T1 + e -TR/T1 ) (11) dir TI TE/2 TR Şekil 2.15 IR puls serisi Sinyal Genliği M z kısa T 1 uzun T TR(s) Şekil 2.16 a ve b gibi iki farklı dokuya ait IR ile elde edilmiş sinyaller 11

20 2.2.3 SPIN-ECHO (SPİN -YANKI) SERİSİ Bu seride öncelikle bir 90 0 pulsu uygulanır ve bunu takip eden pulsları ile elde edilen spin -yankı sinyalleri kaydedilir. SE puls serisi Şekil 2.17 de ve spin-yankı zamnlarına göre elde edilen sinyal ise Şekil 2.18 de verilmiştir TE1 TE2 TE3 TE4 Şekil 2.17 SE puls serisi SE serisi ile elde edilen sinyal, S ρ (1 - e -TE/T2 ) (12) Sinyal Gen. uzun T 2 kısa T 2 (b) (a) Şekil 2.18 a ve b gibi iki farklı dokuya ait SE ile elde edilmiş sinyaller Spin-yankının oluşumu Şekil 2.19 da dır. 1 2 M 0 x y x 2 y x 1 y y x a) b) c) d) Şekil (x ) pulsundan sonra magnetizasyon y eksenine uzanır b) bir süre sonra spinler faz dışı olmaya başlar c) (y ) pulsu spinlerin yeniden odaklanmasını sağlar d) Spin -yankı zamanı sonunda spinler başlangıçtaki aynı fazlı hale gelir. Birden fazla uygulanan pulsları ardışık spin-yankıları oluşturur. 12

21 Eğer insan vücudundan elde edilen FID dikkate alınırsa bu sinyalin oldukça karışık olduğu görülür. Bu da bileşen sayısının fazlalığından kaynaklanır. Sonuç olarak elde edilen spektrum da oldukça karışık olacaktır. FID sinyali sadece ilgilenilen örnek içindeki bileşenlere değil aynı zamanda RF puls serileri arsındaki tekrarlama zamanına da (TR) bağlıdır. Genel olarak bir puls serisi n [θ - veri elde edtme - TR gecikmesi ] şeklindedir. Burada θ, RF pulsları tarafından üretilen döndürme açısı (flip angle), n ise serinin tekrarlanma sayısıdır. Spinler uyarılıp veri elde edildikten sonra sonra spinlerin tekrar eski durumuna gelmesi için yeteri kadar beklenilmezse daha sonra gelen uyarma ile elde edilen FID orjinal magnetizasyonu yansıtmayacak ve sinyal genliği olması gerkenden çok düşük olacaktır. Genellikle magnetizasyonun eski durumuna gelmesi için TR > 4-5 T 1 olması gerekir. Spektrumlarla ilgili bilinmesi gereken bir diğer durm, eğer bir çözücü kullanılıyorsa bundan gelen sinyalin bastırılması gerektiğidir. Bu genelde insan vücudu göz önüne alındığında, su ve yağlardan gelen sinyallerin bastırılması durumuna benzer. Ilgilenilen metabolit ile su konsantrasyonu arasında genelde 1: oranı vardır. Bundan dolayı ilgilenilen metabolit sinyalini koruyabilmek için su ve yağ sinyalinin bastırılması gerekebilir. Spekturmlardan bir ya da birden fazla bileşenin ayrılmasına imkan veren işlemlere spektal derleme teknikleri adı verilir. Bu durumda değişik metabolitlerin farklı T 2 durlma zamanları veya amaca yönelik RF puls serilerinden yararlanılır. Genelde iki spektrumun farkı spektral derleme için sıkça kullanılan bir tekniktir. Spektrum Analizi : Özellikle canlı dokulardan alınan spektrumlarda çevreyi oluşturan bağıl konsantrasyon, hücreler arası ph değerleri, vs., spektral pik alanları ve konumlarından yararlanılarak bulunabilir. Spektrumdan yararlanarak spektral pik alanı, genliği ve yerlerinin ölçülmesinde, operatörün tamamen düz olmayan taban çizgisi, üst üste gelen pikler ve kötü Sinyal / Gürültü (S/G) oranı gibi durumlarla uğraşması gerekmektedir. 13

22 3. GEREÇ VE YÖNTEM Son iki yıl içerisinde MRS incelemesi yapılan 21 tümörlü hastanın (14 erkek ve 7 kadın) yaşları 8 ile 73 arasında değişmektedir. Projenin en kapsamlı bölümünü oluşturan bu grup hastaların lokalize proton spektrumlarının hepsi 1,5 T (GE Signa, Milwaukee, Wisconsin) tüm vücut görüntüleme sistemiyle elde edilmiştir. Protonlar için 1,5 T da rezonans frekansı 63,86 MHz dir. Tek voxel proton spektrumları standart GE head coil ile alınmıştır. Seçilecek bölgeyi belirlemek için çoğunlukla T2 ağırlıklı FSE (fast spin-echo) pilot görüntüleri kullanılmıştır. Tüm olgularda genellikle sekans tekrarlama zamanı (TR) 2000 ms ve inceleme süresi 10 dakika olarak belirlenmiştir. Aksiyal plandaki uygun kesitlerden genelde 2x2x2 cm 3 voksel boyutu seçilmiştir. Voxel, genellikle tümoral bölgenin solid ya da nekrotik bölümüne ve tamamıyla patolojiyi içerecek şekilde seçilmiştir. Yağ kontaminasyonunu engellemek için skalptan en az 5-10 mm uzakta tutulmuştur. γ - Aminobutyric acit (GABA), glutamate ve glutamine gibi kısa T2 zamanlarına sahip metabolitlerin MR spektrumunda yer almaması için uzun yankı zamanlarında (TE=272 ms) çalışılmıştır. Spektrumların alınmasında canlı (in vivo) çalışmalar için yüksek SNR a sahip PRESS sekansı tercih edilmiştir. Gradyent shimming, su sinyalinin bastırılması ve veri elde edilmesi işlemleri GE tarafından özel olarak geliştirilmiş PROBE/SV paket programı ile otomatik olarak yapılmaktadır. Böylelikle kullanıcı tarafından manual olarak yapıldığı takdirde hastadan hastaya değişebilecek bu değerler üzerindeki hata minumuma indirgenmiştir. Spektrumaların iyileştirilmesi için; taban çizgi düzeltmesi, çizgi genişletmesi, zaman domeyninden frekans domeynine geçmek için Fourier dönüşümü işlemi, birinci ve ikinci derece faz düzeltme işlemleri yapılmıştır. 14

23 Daha sonra sonuç spektrumlar üzerinde spektral pik şiddetleri ve pik alanları ölçülmüştür. Olguların 11 inde hem patolojik hem de normal görünümlü beyin parankimine yönelik çift taraflı inceleme yapılmıştır. Böylece hastalar aynı zamanda kontrol için de incelenmiştir. Bunun için beyinde hem tümör hem de sağlam tarafın spektrumları alınmıştır. Normal bölge, tümörlü bölgeye göre simetrik olarak (sağ-sol) aynı bölgeye gelecek şekilde seçilmiştir. On olguda ise sadece patolojik bölge incelenmiştir. Cho, Cr, NAA ve La ın spektral pik oranlarını karşılaştırmak için ayrıca sağlam hastalardan alınan spektrumlardaki değerlerin bir ortalaması kullanılmıştır. Burada metabolit düzeyleri yerine, metabolitlere ait spektral pik şiddetlerinden elde edilen oranlar baz alınarak kalitatif değerlendirmeler yapılmıştır. İncelenen 7 temporal lob epilepsi hastasının (4 erkek ve 3 kadın) yaşları 17 ila 38 arasında değişmektedir. Bu hastaların tamamında çift taraflı inceleme yapılmıştır. Yine burada metabolit düzeyleri yerine, metabolitlere ait spektral pik şiddetlerinden elde edilen oranlar baz alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. İncelenen 6 infarkt hastasının (3 erkek ve 3 kadın) yaşları 35 ila 68 arasında değişmektedir. MR spektroskopi incelemesi yapılan 5 MS hastasının ( 3 erkek ve 2 kadın) yaşları 27 ila 43 arasında değişmektedir. İnfarkt ve MS grubundaki hastaların tamamında hem patolojik hem de normal görünümlü beyin parankimine yönelik çift taraflı inceleme yapılmıştır. Metabolitlere ait spektral pik şidetlerinden elde edilen oranlarla kalitatif incelemeler yapılmıştır. 15

24 4. BULGULAR Daha önceki bölümde açıklanan MRS protokolü ile çalışma kapsamına alınan kranial kitle lezyonu bulunan 21 olgu ( 11 Evre III-IV astrositom, 5 Evre II-III astrositom, 1 differansiye oligodendriogliom, 1 mikst oligoastrositom ve 3 metastaz) incelenmiştir. Bu olguların konvansiyonel MRG bulguları ve histopatoloji sonuçları Tablo 1 de özetlenmiştir. Spektrumlarda normal görünümlü beyin parankiminden yapılan örneklemede en iyi belirlenen (SNR oranları yüksek olan) üç metabolit piki vardır. Bunlardan ikisi Cho (3,21 ppm) ve Cr(3,04 ppm) pikleri birbirlerine yakın olmakla birlikte Cho biraz yüksek değerde bulunmuştur. Üçüncü pik NAA(2,02 ppm) beyinde elde edilen en yüksek spektral pik olarak saptanmıştır. Ayrıca ölçülebilir miktarda laktat sinyali tespit edilmiştir (Şekil 1.A ve B). Tablo 1 beyin tümörü olan 12 hastaya ait MRG ve histolojik bulguları özetlemektedir. Tüm astrositom olgularında NAA azalması ve kolin yükselmesi saptanmıştır (Şekil 2.A ve B). Astrositom olgularının 18 inde laktat yüksekliği, 4 ünde laktat ve lipid birlikteliği kaydedilmiştir. Tablo 2 ise beyin tümörü bulunan 21 hastada normal ve tümörlü dokulara ait seçilen bazı spektral pik oranlarını göstermektedir. Yüksek evreli astrositom olgularında kreatin azalmıştır. Nekrotik bölümlerinden yapılan örneklemede, spektrumda belirgin laktat ve lipit varlığı belirlenmiştir. Tablo 3 de ise hastaların normal ve tümörlü bölgeden elde edilen metabolit oranlarının bir karşılaştırılması verilmiştir. Beyin tümörü olan olguların normal bölgelerinden yapılan incelemelerde kolin/naa oranı ortalama değeri 0.52 ± 0.11 olarak hesaplanmıştır. Tümörlü olgularda ise bu oranın ortalaması 2.34 ± 1.26 bulunmuştur. Bu oran dışında tümoral bölgede kreatin/naa, kolin/kreatin ve laktat/naa oranı değerleri hesaplanmıştır (Tablo 4). Spektrumlardan elde edilen ve metabolit seviyelerini gösteren bağıl değerler bu tabloda verilmemiştir. Üç metastatik olguda NAA ve kreatin azalmış kolin ve laktat artmıştır. Burada ayrıca laktat ve lipid birlikteliği saptanmıştır (Tablo2). Metastatik olgularda da astrositom olguları ile paralel bulgular elde edilmiştir (Şekil 3.A ve B, 4.A ve B). 16

25 İncelenen yedi temporal lob epilepsi hastasında da belirgin ölçüde NAA azalması belirlenmiştir. Bu olgulardan üç tanesinde aynı zamanda kreatin azalması da söz konusudur. Sinirsel işlevlerle ilgili olan NAA deki azalma, bu tür işlevlerle ilgili yıkımın bir habercisidir. Tablo 5 de ise hastaların normal ve temporal lob epilepsi olan bölgeden elde edilen metabolit oranlarının bir karşılaştırılması verilmiştir. Temporal lob epilepsi olgularının normal bölgelerinden yapılan incelemelerde Cho/NAA oranı ortalama değeri 0.64 ± 0.20 olarak hesaplanmıştır. Epilepsi olan tarafta ise bu oranın ortalaması 1,02 ± 0.19 bulunmuştur. MR spektrumları incelenen altı infarkt olgusunda kolin ve kreatin seviyeleride normal duruma göre azalma olmakla birlikte en fazla azalma NAA de olmaktadır. Bu olgularda beş tanesinde belirgin şekilde laktat piki ortaya çıkmıştır. İnfarkt olgularının normal tarafında yapılan incelemelerde Cho/NAA oranı ortalama değeri 0.48 ± 0.07 olarak hesaplanmıştır. İnfarkt olan tarafta ise bu oranın ortalaması 0.92 ± 0.10 bulunmuştur (Tablo 6). MR spektrumları incelenen 5 MS olgusunda (dördü akut fazda) NAA azalması belirlenmiştir. Akut fazda olmayan olgu da dahil olmak üzere tüm olgularda Cho/NAA ve Cr/NAA oranlarındaki artma tespit edilmiştir. Ayrıca bu hastalarda (Tümör, infarkt ve epilepsi olgularında gözlenemeyecek kadar küçük olan ) belirgin inositol piki (3,54 ppm) ortaya çıkmaktadır. Bu da ayırıcı bir parametre olarak dikkate alınmalıdır. MS olgularında simetrik karşıt normal dokudan ölçülen Cho/NAA oranı ortalama değeri 0,52 ± 0,20 ve MS plağından elde edilen Cho/NAA oranı ise 0,75 ± 0,10 bulunmuştur. MS plağı olan kısımdan elde edilen Ins/Cr oranı ortalama değeri 1,1 ± 0,3 dür. Bu değer diğer olgulara görü çok yüksek bir değer olarak bulunmuştur. Tablo 7 de hastaların normal ve MS plağı olan tarafından elde edilen metabolit oranları verilmiştir. 17

26 Şekil yaşında sağlıklı erkek gönüllü A) Aksiyal SE T1A (TR:500 ms, TE:16 ms) görüntülerde bazal ganglion düzeyinde normal beyin parankiminden yapılan voksel (kare kutu örneklemesi B) Yukarıdaki bölgeden alınan normal tek voksel proton MR spektroskopisi görülmektedir. N-asetil aspartat (NAA) 2.00 ppm, kreatin (Cr) 3.00 ppm, kolin (cho) 3.20 ppm de rezonans göstermektedir. 18

27 Şekil 2. Evre IV astrositom A) Aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:85 ms) görüntülerde sol frontalde geniş boyutlarda nekrotik kitle lezyonu ve çevresi ödem alanı ve tümörün nekrotik bölümüne yerleştirilen 8 cm 3 voksel (kare kutu) B) Kontrlateral normal görünümlü beyaz cevhere yerleştirilen 8 cm 3 voksel C) Nekrotik bölümden yapılan tek voksel proton MR spektroskopisi 1.3 ppm deki pik lipid ve laktat ın karışımını (uzun ok); 0.9 ppm deki daha küçük pik lipid i (kısa ok) göstermektedir. NAA, Cr ve Cho sinyalleri ihmal edilmiştir. 19

28 Şekil 3. Evre III astrositom A) Aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:105 ms) görüntülerde sol oksipitalde, ventrikül homu komşuluğunda kistik komponentli kitle lezyonu ve kistik alana yerleştirilen voksel (kare kutu) B) Aynı olgunun kontrlateral normal görünümlü parankiminde lokalize voksel C) Kistik bölgeden yapılan proton MR spektrumunda NAA düşüklüğü, Cho yüksekliği, 1.3 ppm de laktat ve lipid karışımını (kısa ok); 0.9 ppm de lipid varlığı (uzun ok) izlenmektedir (üstte) D) Kontrlateral parankiminden elde edilen normal proton spektrumu 20

29 Şekil 4. Multiple metastatik lezyon olgusu A) Aksiyal düzlemde SE T1A (TR: 360 ms, TE:10 ms) görüntüde iki adet hipointens metastatik kitle lezyonu ve çevresel ödem alanı görülmektedir. Soldaki lezyona voksel (kare kutu) yerleştirilmiştir. B) Şekil 4A daki belirtilen metastatik lezyondan yapılan proton spektrumunda yüksek laktat piki (1.3 ppm, uzun ok), lipid varlığı (0.9 ppm kısa ok), kolin yüksekliği, NAA ve Cr azalması seçilmektedir C) Aynı olgunun aksiyal düzlemde FSE T2A (TR: 3000 ms, TE:85 ms) görüntüsünde iki adet metastatik kitle lezyonu ve çevresel ödem alanı ile normal görünümlü beyaz cevhere lokalize voksel (kare kutu) izlenmektedir. D) Yukarıdaki Şekil 4C deki normal görünümlü parankiminden elde edilen proton MR spektrumu 21

30 5. TARTIŞMA Başlıca görüntüleme yöntemleri olarak günümüzde yaygın olarak kullanılan BT ve MRG kranial lezyonları oldukça iyi tanımlamaktadır. Ancak bazı lezyonların tam olarak değerlendirilmesi mümkün olmamaktadır. Bu durumda ek tanı gücene gereksinim duyulmaktadır. In vivo proton MR spektroskopi, kranial lezyonlar hakkında noninvazif ve iyonize radyasyon kullanmadan ayrıntılı metabolik ve fonksiyonel bilgi vermektedir. Böylece birçok hastalık ve fizyopatolojisine yeni bakış açısı getirmiştir (7-11). Çoğu MRS çalışması 1.5 T manyetik alan gücünde yapılmasına kakarşılık 1 T ve 0.5 T gücünde sistemler ile de başarılı sonuçlar alınmaktadır (5,6). Proton MR spektroskopide tek voksel görüntüleme ve multi voksel görüntüleme olarak iki temel teknik kullanılmaktadır. Tek voksel görüntülemede manyetik alan homojenitesi ve su baskılaması daha iyi yapılmaktadır (11,12). Bu teknik fokal lezyonu olan olgularda başarılı bulunmuştur (12,13). Multi voksel görüntülemede ise incelen toplam kesitte tek veri toplanmasıyla çok sayıda spektrum elde edilmektedir. Bu durumda incelenen kesit için ayrı ayrı metabolit haritası çıkarmak ve hangi metabolitin nerelerde daha yoğun olarak bulunduğunu belirlemek olasıdır. Konvansiyonel MR spektroskopi incelemesi uzun zaman gerektiren, kullanıcı bağımlı ve karmaşık işlemler gerektirmektedir. Fakat son yıllarda rutin olarak kullanılan programlarla kullanıcı hataları en aza indirilmiş ve süre kısaltılmıştır. Bu proje kapsamındaki tek voksel MR spektrumları PROBE/SV (GE Medical System, Milwaukee, WI) paket programı ile otomatik olarak alınmıştır. Tek voksel görüntülemede iki temel puls sekansı kullanılmaktadır. Bunlardan biri point-resolved spectrocopy (PRESS), diğeride stimulated-echo acqusition mode (STEAM) sekansıdır. STEAM sekansında 90 0 lik radyofrekans (RF) pulsları kullanılırken, PRESS sekansında iki tane lik RF pulsu sonrası 90 0 lik RF pulsu kullanılmaktadır. PRESS, STEAM sekansına göre daha iyi signal to noise (SNR) ye sahiptir. PRESS sekansında kısa TE bölgesi kullanılmaz (12,13). Bu çalışmada spektrumlar sadece PRESS 22

31 sekansı (TE = 270 ms) ile elde edilmiştir. PROBE/SV paket programı hem STEAM (kısa TE) hem de PRESS (uzun TE) sekansı ile proton spektroskopi inceleme imkanı sağlamaktadır. PRESS sekansı ( TE = 135 ya da 270 ms) rutin kullanım için daha elverişlidir. PRESS sekansı kısa TE ye imkan vermemektedir. Bu gib,i durumlarda STEAM sekansı kullanılmaktadır (13). PRESS sekansında spektruma ait taban çizgisi düz olarak görülmekte ve normalde kolin, kreatin, NAA,laktat ve lipid sinyalleri rahatlıkla belirlenebilmektedir. STEAM sekansı kısa TE zamanı ile kullanıldığında çok sayıda minör metabolit varlığına da rastlanmaktadır. Bunlardan bazıları myo-inistol, glikoz, glutamin, glutamate, γ-amino butrik asit (GABA) dır. Yurt dışında çoğu merkezde değişik TR ve TE değerlerinde MRS incelemesi yapılmaktadır. Genel olarak PRESS sekansı için TR: ms, TE:135/270 ms ; STEAM sekansı için TR: ms, TE: ms değerlerinde kullanılmaktadır (12,13,17). Bu çalışmada tüm olgularımızda TR:2000 ms, TE: 270 ms olacak şekilde PRESS sekansı kullanılmıştır. Tek voksel proton MR spektroskopide yetersiz shimming ve su sinyalinin uygun olmayan baskılanması incelemedeki başlıca zorluklardır. Özellikle frontal sinüs kavitelerine yakın lokalizasyonlarda "shimming" zor olmaktadır. Vokselin skalpa yakın yerleştirilmesi spektrumda lipid kontaminasyonuna yol açmaktadır. Bunun için vokselin skalptan yaklaşık 5-10 mm uzakta tutulması gerekmektedir. Voksel boyutunun, normal beyin parankiminin kısmi hacim etkisinden korumak amacıyla, 1 cm 3 ten küçük olmaması gerekmektedir. Voksel içerisinde tamamıyla patolojik alan sığdırılmalı ve mümkün olduğunca az komşu beyin parankimi ve ödem alanı içermelidir. Bu çalışmada voksel hacimi 2x2x2 cm 3 olacak şekilde örnekleme yapılmıştır. Çoğu olguda voksel, lezyonların dışına çıkılmayacak şekilde örnekleme yapılmıştır. NAA genel olarak nöron bütünlüğünü yansıtmaktadır ve nöronal belirleyici olarak kabul edilir. Merkezi sinir sistemi dışında bulunmaz. Normal spektrumda 2.02 ppm de ortaya çıkar ve en geniş ve yüksek tepe değerine sahiptir. Destrüktif, dejeneratif ve inflamatuar bir çok 23

32 hastalıkta azaldığı görülmüştür. Glial tümörlerde malign hücreler tarafından oluşturulan hücre harabiyeti ve normal hücrelerin yerini alması NAA azalmasına yol açmaktadır (11-13). Nöronal kayıba yol açtığından dolayı temporal lob epilepsi ve infarkt olgularında da NAA azalması belirlenmiştir (14,15). Çoğu solid beyin tümöründe kolin in arttığı, nekrotik bölümünde ise azaldığı saptanmıştır (11,12). Kolin rezonansını fosfolipid metabolizması ürünleri oluşturmaktadır. Normal spektrumda 3.2 ppm de rezonansa erişir. Kolin yüksekliği membran metabolizmasında artışı yansıtmakta olup, proliferatif tümör gelişmekte olan beyin ve multipl sklerozis (MS) olgularında yüksek bulunmaktadır. Epilepsi ve infarkt olgularında ise kısmi kolin azalması görülmüştür (14,15). Kolin tek başına tümör evrelendirilmesinde kullanılmaktadır. Kolin sinyalinin yükselmesi hücre proliferasyonunda artışa işaret etmekle birlikte, tümör boyutu ile sinyal yoğunluğu arasında direkt ilişki bulunmamaktadır (13,18). Tümörlü olgularımızın tümünde, kolin seviyesiyle ilgili bulgular önceki çalışmalar ile uyumlu bulunmuştur. Çoğu çalışmada tümörlü bölgede kreatin seviyesinin normal tarafa göre eşit ya da hafif düşüklüğünden söz edilmektedir. Belirgin kreatin azalması yüksek evreli tümörlerin nekrotik bölümlerinde görülmektedir. Kreatin sinyali normal spektrumda 3.03 ppm de ortaya çıkar. Kreatin sinyalinin bir çok hastalıkta sabit kalması kontrol değer olarak kullanılmasına olanak vermektedir (5,6,13,18). PRESS sekansıyla (TE=270 ms) elde edilen spektrumda laktat piki, lipidden tam ayırt edilememektedir. Laktat ve lipid 1.3 ppm de rezonans göstermektedir. Fakat TE =135 ms olduğunda laktat piki ters çevrilmektedir. Laktat glikozisin son ürünüdür. Yüksek laktat sinyali iskemik ve hipoksik durumlarda glikozisin arttığına işaret etmektedir. Yüksek evreli astrositom olgularında özellikle nekrotik bölümlerinde lipid yüksekliği mevcuttur. Düşük evreli astrositomlarda ise lipid sinyali görülmemektedir (12). Lipid sinyali STEAM sekansı ile yağ asitleri ile birlikte 1.3 ppm ve 0.9 ppm de görülmektedir. Yüksek evreli astrositomalar, düşük evrelere göre; yüksek Cho/referans değerleri ve düşük NAA/referans değerleri göstermektedir. Cr/referans değeri malignite için 24

33 kriter oluşturmamaktadır (16). Olgularımızda da paralel olarak yüksek Cho/NAA oranı ileri evreli astrositomalarda bulunmuştur. Çalışmalarımızdaki metastatik olgularda da primer beyin tümörüne benzer spektrumlar elde edilmiştir. Metastatik olgularımızda NAA azalması, kolin artması ve lipid laktat birlikteliği saptanmıştır. Ancak yüksek evreli astrositomalarda lipid rezonansı bulunabilmektedir (12). Küçük metastazlarda, küçük boyutlarda voksel kullanımı gerektiğinden çevre normal parankimi ve subkutan lipid kontaminasyonu yanlış yoruma yol açmaktadır. Öte yandan proton MRS abse ya da tüberkülom gibi enflamatuar proseslerin metastatik lezyonlardan ayrımını sağlayabilir (12). İnflamatuar proseslerinde kolin düzeyi azalır, malign proseslerde ise artar. Ayrıca piyojenik apselerde kısa TE li STEAM sekansında izlenebilen laktat (1.92 ppm), alanin (1.5 ppm), sitozolik aminoasitleri (0.9 ppm) yüksekliği saptanmaktadır (19). MRS nin diğer önemli klinik uygulama alanı ise nüks tümör ile radyasyon nekrozunun ayrımıdır. Radyasyon nekrozu genellikle ilk iki yıl içinde gelişmektedir. Radyasyon nekrozu ile nüks tümör, BT ve MRG de benzer bulgular göstermeleri nedeniyle ayırt edilemez. Nüks tümörde Cho/NAA, Cho/Cr oranı artmış olup laktat ortaya çıkmaktadır. Radyasyon nekrozunda ise kolin, kreatin ve NAA belirgin derecede azalmıştır. Ayrıca radyasyon nekrozundan kaynaklanan laktat, doku destrüksiyonundan oluşan aminoasit ürünleri ve serbest lipidler, 0-2 ppm arasında karakteristik geniş bir pik oluşturmaktadır (11). İki olguda nüks tümör, radyasyon nekrozu ayrımı için MRS bulgularından yararlanılmıştır. Her iki olguda proton MRS bulguları nüks tümör ile uyumlu bulunmuştur. Daha sonra bu sonuçlar ameliyat ile doğrulanmıştır. Epilepsi, infarkt ve MS olgularında incelenecek hasta sayısını artırmada çeşitli zorluklar yaşanmaktadır. Bu zorluklardan biri, inceleme süresinin normal MR görüntüleme işlemine göre ikiye katlanması ve buna bağlı hasta hareketlerinin sorun oluşturmasıdır. Bir diğer neden ise günlük rutin hasta sayısının çok fazla olmasından kaynaklanan zaman sorunudur. İncelenen epilepsi olgularında MR görüntülemenin tanı için yeterli olmadığı 25

34 belirlenmiş ve şüpheli on olgunun MR spektroskopi incelemeleri yapılmıştır. Proton MR spektroskopi yapılan bu on olgudan yedi tanesinin mevcut literatür bilgileri de göz önüne alınarak incelenen spektroskopik bulguları temporal lob epilepsi olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada belirlenen spektroskopik kriterlere göre üç adet olguda ise bunların temporal lob epilepsi olmadıkları belirlenmiştir. Bu on olgunun daha sonraki klinik incelemeleri devam etmiş ve MR spektroskopi ile varılan sonuçların doğruluğu teyit edilmiştir. Bu anlamda MR spektroskopinin ek tanı gücü ortaya konulmuştur. Temporal lob epilepsi olguları için bu çalışmalarda belirlenen yeni spektroskopik kriterler de vardır. Literatürdeki çok fazla olmayan çalışmalara bakıldığında son zamanlarda Ende ve arkadaşları (20) tarafından en uygun metabolit oranı olarak önerilen NAA/(Cho+Cre) oranı yerine NAA/Cho oranının alınmasının daha uygun olacağı belirlenmiştir. Çünkü incelenen 7 olgudan üç tanesinde kreatin azalması söz konusudur. Ayrıca iki hastada her iki tarafta da NAA azalması tespit edilmiştir. Her iki tarafın (sağ ve sol) incelenmesinde sağlıklı gönüllülerden elde edilecek spektroskopik değerlerin göz önüne alınması gerektiği belirlenmiştir. İnfarkt olguları bu incelemeler içerisinde belkide en zor yapılan inceleme grubunu oluşturmaktadır. İnfarkt grubundaki olguların inceleme süresi boyunca hareketleri önemli bir sorun oluşturmuştur. Bu yüzden yaklaşık on inceleme (bazıları iki kez tekrar) spektroskopik açıdan yeterli bilgileri sağlamamış ve kullanılamamıştır. Benzer sorunlar epilepsi ve MS hastaları için de yaşanmıştır. Geniş alanlara yayılmış iskemik olgularda heterojen metabolik yapılar oluşmakta ve bu da incelemeyi olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Ancak yinede felçten sonra oluşan metabolik değişimler bariz olarak elde edilebilmektedir. Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve MR görüntülemenin her ikisi de doku kaybı olan bölgenin ölü hücre bölgesi mi, ödem veya infarkt riski olan bölgemi olduğunu genelde ayırt edemezler. NAA sinyal şiddetinde keskin düşme ile bu durum MR spektroskopi ile ayırt edilebilmektedir. Bu çalışma sonucunda kronik infarkt olgularında çok keskin bir NAA düşüşü ve değişken 26

35 derecelerde düşük diğer metabolit oranaları olduğu belirlenmiştir. Ayrıca infarkt olgularının büyük bir çoğunluğunda belirgin laktate piki gözlenmiştir. Halbuki örneğin ölü hücre bölgelerinde kayda değer hiçbir metabolit piki gözlenemez. Düşük dereceli iskemik olgularda NAA ve kolin seviyeleri çok az değişmekte ancak laktat piki yükselmektedir. Felç sonrası gelişmeleri izlemek için en iyi seçenek MR spektroskopidir. Çünkü diğer görüntüleme yöntemleri bu durumda yetersiz kalmaktadır. MR görüntüleme ile akut MS plakları kolayca belirlenebilir. Hatta MR görüntülemenin ilk kullanıldığı zamanlarda en başarılı olduğu olgulardan bir tanesi de akut MS olgularıydı. Ancak MR görüntülemede fark edilecek geniş MS plakları oluşmadan önce dahi MR spektroskopi ile metabolik değişimler incelenip MS olgusu ortaya çıkarılabilir. MS olgularında NAA seviyesi azalmaktadır ancak bu azalma infarkt ve epilepside daha belirgindir. Yalnız burada ayırt edici bir özellik olarak inositol piki artması görülmektedir. Bu çalışmada MS incelemeleri sonunda akut dönem ve akut dönem öncesi metabolik bilgilerde bir değişme olmadığı belirlenmiştir. Halbuki akut olmayan dönem MR görüntüleme ile tespit edilememektedir. Sonuç olarak MRS; tümör ve tümör dışı lezyonların ayrımında, epilepsi, infarkt ve MS türü lezyonların belirlenmesinde, beyin tümörlerinin evrelendirilmesinde ve tedaviye yanıtın izlenmesinde konvansiyonel MRG yi tamamlayıcı noninvaziv bir yöntem olarak kullanılmalıdır. Artık rutin çalışmalarda bir çok olguda MRG ile birlikte MRS incelemesi de istenmektedir. 27

36 KAYNAKLAR 1. Odeblad E., and Lindstrom G. Some preliminary observations on the proton magnetic resonance in biologic samples. Acta Radiology, 1966 ; 43, Damadian R. Tumor detection by nuclear magnetic resonance. Science, 1971; 171, Weisman I.D., Bennet L.H., Maxwell L.R. et al. Recognition of cancer in vivo by nuclear magnetic resonance. Science, 1972 ; Behar K.L., den Hollander J.A., Stromski M.E. et al. High resolution 1H-NMR Study of Cerebral hypoxia in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA ; 80, Prost R, Haughton and V, Li S. Brain Tumors: Localized H-1 MR spectroscopy at 0.5 T. Radiology, 1997; 204, Rand SD, Prost R and Haughton V. et al. Accuracy of single voksel proton MR spectroscopy in distinguishing neoplastic from nonneoplastic brain lesions. AJNR 1997; 18, Bottomley P.A. Human in vivo NMR Spectroscopy in Diagnostic Medicine. Radiology, 1989 ; 170, Narayana P.A., Fotedar L.K., Jackson E.F. et al. Regional in vivo Proton Magnetic Resonance Spectroscopy of Brain. J. Magn. Reson. Med ; 83, Frahm J., Michaelis T., Merboldt K.D. et al. Localized NMR Spectroscopy in vivo. NMR in Biomedicine ; 2, Bruhn H, Frahm J, Gynell ML. Et al. Noninvasively differentiation of tumors with use of localized H1-MRS in vivo: initial experience in patients with cerebral tumors. Radiology, 1989, 172,

37 11. Lee H.K., Yaman A., and Nalcıoğlu O. Homonuclear J- Refocused Spectral Editing Technique for Quntification of Glutamate and Glutamine by H1-NMR Spectroscopy. J. Magn. Reson. Med ; 34, Castillo M., Kwock L., and Mukherji S.K. Clinical Application of Proton MR Spectroscopy. AJNR, Am. J. Neuroradiol ; 17, Tien RD, Lai PH, Smits JS. Et al. Single voxel proton spectroscopy exam (PROBE/SV) in patients with primary brain tumors. AJR 1996, 167, Lee DH, Gao FQ, Rogers JM. MR in Temporal Lob Epilepsy: Analysis with Pathologic Conformation. AJNR 1998, 19, Duijn JH, Matson GB, Maudsley A. Et al. Human Brain Infarction : Proton MR Spectroscopy. Radiology 1992, 183, Shimiziu H., Kumabe T., Tominaga T. et al. Noninvasive Evaluation of Maligancy of Brain Tumors with Proton MR Spectroscopy. AJNR, Am. J. Neuroradiol ; 17, Meyerand EM, Pipas MJ, Mamouraian A. Et al. Classification of biopsy-confirmed brain tumors using single-voxel MR spectroscopy. AJNR 1999, 20, Kugel H., Heindel W., Ernestus R.I. et al. Human Brain Tumors : Spectral Patterns Detected wit Localized H1-MR Spectroscopy. Radiology ; 183, Chang K, Song IC, Kim SH. Et al. In vivo single proton MR spectroscopy in intracranial cystic masses. AJNR 1998, 19, Ende G, Laxer KD, Knowlton R. Et al. Quantitative 1H SI shows bilateral metabolite changes in unilateral TLE patients with and without hippocampal atrophy. Society of Magnetic Resonance Annual Meeting, Nice, 1998,

38 7. EKLER Tablo 1 : Beyin tümörü olgularının yaş, cinsiyet dağılımı ve lezyonların görüntüleme özellikleri ve histopatolojisi Olgular NoYaş/ Cinsiyet MRG BULGULARI 1 56/E Her iki hemisferde çok sayıda çevresel opaklaşma gösteren kistik kitle lezyonu Metastaz 2 45/E Her iki hemisferde çok sayıda çevresel opaklaşma gösteren kistik kitle lezyonu Metastaz 3 77/E Sol temporal lobta ödem alanı oluşturan ve heterojen opaklaşmalı kitle lezyonu. Metastaz HİSTOPATOLOJİK SONUÇ 4 30/E Sol temporoparietalde lokalize heterojen, çevresel ödem alanı bulunan kitle lezyonu. Astrositom grade III 5 39/K IV. ventrikül posterior komşuluğunda, homojen opaklaşmalı, nodüler kitle lezyonu Astrositom grade II 6 50/E Sol temporooksipitalde lokalize çevresel ödem alanı bulunan, heterojen intensitede kitle lezyonu 7 11/E Sol frontalde lokalize, geniş çevresel ödem alanı bulunan, heterojen opaklaşan kitle lezyonu Astrositom grade lv Astrositom grade IV 8 23/E Korpus kallozumda lokalize, intraventriküler uzanımlı, T2AG lerde hipointens kitle Astrositom grade III lezyonu 9 73/E Sol temporal lobta ödem alanı oluşturan ve heterojen opaklaşan kitle lezyonu. Astrositom grade III 10 42/E Sol tarafta korpus kallozum ve intraventriküler lokalizasyonlu heterojen intensitede Astrositom grade II kitle lezyonu /E Bifrontal yerleşim gösteren, hemorajik alanlar içeren geniş boyutlarda kitle lezyonu Astrositom grade lv 12 56/E Sol temporal lobta operasyon alanında opaklaşan nodüler lezyon (nüks) Astrositom grade IV 13 64/K Sağ arka parietalde lokalize, sınırları belirsiz, geniş boyutlarda ve infiltratif Astrositom grade III karakterde kitle.lezyonu /E Sağ temporalde lokalize geniş boyutlarda, heterojen opaklaşan kitle lezyonu. Astrositom grade IV 15 8/K Sol temporoparietalde lokalize, geniş boyutlarda, T2AG lerde hiperintens, sınırları belirsiz kitle lezyonu ve geniş ödem alanı /E Sağ frontalde lokalize geniş ödem alanı içeren, T2AG lerde hiperintens, sınırları belirsiz kitle lezyonu (nüks) /K Sağ frontalde lokalize, heterojen intensitede, hafif ödem alanı bulunan, geniş boyutlarda kitle lezyonu /K Sol frontoparietalde lokalize, T2AG lerde hiperintens, sınırları belirsiz kitle lezyonu ve çevresel ödem alanı /E Sol frontalde kistik komponenti ve ödem alanı bulunan, geniş boyutlarda kitle lezyonu 20 38/K Sol frontoparietalde lokalize, geniş ödem alanı bulunan, T2AG lerde heterojen hiperintens kitle lezyonu 21 21/E Sol temporalde lokalize, çevresel ve noduler opaklaşmalı, kistik komponenti dominant kitle lezyonu Astrositom grade III Astrositom grade IV Differansiye oligodendriogliom Mikst oligoastrositom Grade IV astrositom Grade IV astrositom Grade IV astrositom 30