İLERİ MR UYGULAMALARI... Difüzyon MRG DTI Perfüzyon MRG MRS fmrg

Transkript

1 İLERİ MR UYGULAMALARI... Difüzyon MRG DTI Perfüzyon MRG MRS fmrg

2 Difüzyon MRG Diffusion Tensor Imaging

3

4 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)

5 Fractional anisotropy (FA) (0-1) Mean Diffusivity (MD)

6 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)

7 DG DG DAG D ise sinyal kaybı (koyu) hipointens D ise sinyal kaybı (parlak) hiperintens G z G y G x G

8 b değeri (s/mm 2 ) 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

9 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.

10 DAG Trace görüntü

11 T2 parlama etkisi DWI temelde T2 A sekansdır (TE: 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

12

13 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

14 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: mm 2 /sn

15 Neden ADC? T2 parlama etkisini kaldırır Saf difüzyon bilgisi verir b değeri (sn/mm 2 ) cinsinden difüzyon hızının sayısal değerini verir

16 Difüzyon sensitivite değeri (b değeri) b=0, b=500, b=1000 s/mm 2 Görüntüler: b=0 T2-ağırlıklı b=500 s/mm 2 pariyel T2 etkisi b=1000 s/mm 2 uygun difüzyon bilgisi

17 b=1000 sn/mm 2 ADC harita ADC değeri...(0.91)... X10-3 mm 2 /sec

18 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.

19 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 Dxy Dxz Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz = D S=S 0 e -bgdg

20 Her hangi bir yöndeki difüzyonu tanımlayan, uzun aksı ortamdaki difüzyonun yönüne paralel olan elipsoid şeklinde tanımlanır Tensör matrisi θ Φ

21 Aksonal zar ya da myelin kılıfı gibi yapısal engellere paralel olan difüzyon en fazla olurken, onlara dik olan difüzyon en az olur Anizotropi

22

23 MD (Mean diffusivity): O alanda diffüzyon miktarı FA (Fractional Anisotropy) (0-1): O bölgede difüzyonun hangi yönde ve miktarda olduğu NÖRAL NETWORK BÜTÜNLÜĞÜ

24

25

26

27 FA Yön bilgili renkli FA

28

29

30

31

32 Eksternal kapsül İnternal kapsül ön bacak İnternal kapsül arka bacak Optik traktus

33

34

35

36 Anaplastic Astrocytoma + =

37

38

39

40

41

42 PERFÜZYON GÖRÜNTÜLEME (DSC, DSE, ASL)

43 Perfüzyon nedir? Bir dokunun belli bir miktarının kapiller yatağından geçen kan akımı olarak tanımlanır. Beyinde ml/100gr beyin dokusu/dakika Serebral kan akımı (CBF)

44 MRG ile perfüzyon nasıl ölçülür? Perfüzyon ölçümü için vasküler takipçi gerekir 1. Ekzojen Gadolinium DSC ASL 2. Endojen RF pulsları ile işaretlenmiş kan

45 DSC MR PERFÜZYON: (Dynamic susceptibility contrast) Gd ekzojen vasküler takipçi olarak kullanılır Paramanyetik KBB bozulmadıkça intravasküler Abzorbe olmaz Dokuların T1 ve T2 sürelerinde kısalma

46 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

47 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

48 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

49 ÖRNEK IV Gd sonrası neler oluyor? RF venül Gd arteriol Her bir RF sonrası dokunun EPI görüntüleri alınır (ort. 12 kesit)

50 G d IV Kapiller Wash-out SİNYAL ZAMAN

51 Toplam 12 kesit 12 kesit 12 kesit 480 kesit 12 kesit 12 kesit

52 Normal Sol ASM infarkt

53 Ölçülen Parametreler: CBV (cerebral blood volume) CBF (cerebral blood flow) MTT (mean transit time) TTP (time to peak) PBP (percentage of baseline at peak)

54 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

55 AKUT ASM İNFARKT T2 DWI CBV CBF MTT

56 CBV CBF MTT

57

58 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

59 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

60 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

61 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

62 Ölçülen parametreler: K trans k PS fbv (fractional blood volume) K 1 K 2

63

64

65 MR Permeabilite görüntüleme

66

67 Courtesy of Marco Essig, DKFZ, Heidelberg

68 ASL PERFÜZYON MRG (Arterial Spin Labeling) Endojen kontrast Proksimalde işaretlenen kan (su) Neresi, nasıl işaretlenir? Distalde incelenen bölgeye ulaştığında O bölge neresi? Görüntüleme yapılır Önce ve Sonra

69 ASL PERFÜZYON MRG Model EPISTAR - QUIPPS II* MRG kesitleri İşaretleme Tag/Sat

70 ASL Perfüzyon Sekansları Puls işaretleme Görüntüleme planı Alternating Inversion Alternating Inversion FAIR Flow-sensitive Alternating IR EPISTAR EPI Signal Targeting with Alternating Radiofrequency

71 ASL perfüzyon

72 Arterial Spin Labeling (ASL) perfusion, High grade recurrent glioma ASL, CBF

73 Pseudo progression, PWI DSC, CBF DSC, CBF DSC, CBF ASL, CBF ASL, CBF

74

75 PWI / = DSC CBV DSC MTT DSC CBF SWI ASL CBF

76 MR Spektroskopi Doku biyokimyası Metabolit çeşidi, miktarı In-vivo Non-invazif

77

78 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

79 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

80 Kimyasal kayma Bir referans bileşiğe ya da kullanılan atomun yüksek manyetik alanlı spektrometredeki santral Larmor frekansına oranla ppm cinsinden kayması Ppm: parts per million

81 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

82 Su ve yağ baskılama CHESS ( chemical shift selective excitation ) Manyetik alan homojenitesi ( shimming ) FWHM ( full with half maximum )

83 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)

84 Voksel boyu 2-8 cm 3 arasında, yeni cihazlarda 1cm 3 olabilmektedir. Voxel patolojiyi kapsarken normal doku dışında kalmalı veya vokselin %20'sinden az olmalıdır. SVS diffüz ve soliter lezyonlarda yararlıdır

85 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

86 Single voksel Multi voksel Vokselin doğru yerleşimi önemli Çok sayıda bölge simultane değerlendirilebilir 2-D teknik 3-D teknik ile daha büyük volümler çalışılabilir

87 TE Kısa TE kısa relaksasyon zamanına sahip metabolitler Pik intensitesi ve baseline ile olan ilişkisi Örn: myoinositol TR milisaniye Uzun TR lerde metabolit pikleri daha yüksektir ve değişkenlik gösterir

88 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

89 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

90 Suboptimal shimming Doğru shimming

91 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

92 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...

93 METABOLİTLER

94 NAA (2.02 ppm) NAA: N-Asetil aspartat Nöronal-aksonal marker Miktarı nöronal bütünlük ve aksonal dansite ile koreledir

95 NAA Fokal lezyonlar Demans Doku hasarı Canavan hst Doku iyileşmesi

96 Creatine/phosphocreatine (3.02 ppm ) Enerji marker Gn stabildir, Metabolit oranlamasında Gri madde de daha Hiperosmolar durum Bazı lezyonlarda

97 Cholin (3.2 ppm ) Membran marker Hücre membran proliferasyonu ile Gelişen beyinde (neonatal) Gri madde de Tümörler İnflamasyon Bazı lezyonlarda ve kr kc hst

98 Myo-inositol (3.56) Astrositlerde (glial marker) Alzheimer Hepatik ensefalopati İskemi Lityum tedavisi

99 Glutamine/Glutamate Eksitatör bir nörotransmitterdir ( ppm) Hipoksi Hepatik ensefalopati Alzheimer

100 Lipid ( ppm) Kısa TE Tümörler Nekroz (marker) Aktif demyelinizasyon

101 Laktat (1.35 ppm) TE: 135 Anaerobik glikoliz ürünü Normalde yoktur İskemi Tümör İnflamasyon TE: 30

102 Metabolit oranları Normal Anormal NAA/Cr NAA/Cho Cho/Cr 2.0 < < > 1.2

103 Normal MR Spectrum 2 GM Hunter s angle WM

104 Düşük grade gliom

105 fmrg (Fonksiyonel MRG)

106 fmrg MRG Noninvaziv anatomik görüntüleme Noninvaziv anatomopatolojik tanı fmrg Beynin belli bir bölgesindeki artan metabolik aktivitenin hızlı bir şekilde görüntülenmesi

107 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

108 BEYİN HARİTALAMASI

109 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.

110 Hastadan yapması istenen işlevler nelerdir? El / ayak parmak hareketleri Görsel uyarılar Duyma ile ilgili uyarılar Konuşma Farklı dilde konuşma Sayı sayma Şarkı söyleme, vs

111

112

113

114 Fizyoloji ve hemodinamik değişiklikler fmrg beyin aktivitesini, nöral aktiviteye eşlik eden kan akım değişiklikleri üzerinden indirekt olarak göstermektedir.

115 Bazal durum Aktif durum Red blood cell with oxygen Kan akımı arttığında oksijen taşıyan kırmızı kan hücrelerinin sayısı da artmaktadır

116 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.

117 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

118 fmrg sinyalinin tek vokseldeki şeması

119 fmrg de kontrast nasıl artar? Lineer Transform Modeli Aynı işlev tekrarlandıkça kontrast artışı??? 10-20sn sn işlev yok

120 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)

121 fmrg Dizaynı: Örnek: Duyma ve Görme Görme + duyma + uyarı yok (Her biri 9 saniye) Uyaranlara yanıtlar Zaman, Saniye

122 Kan oksijenizasyonundaki küçük sinyal değişiklikleri fmrg ile beyin aktivasyonunun haritalanmasına izin vermektedir Zaman içerisinde sinyal değişimi Aktivasyonun yüksek rezolüsyonlu imaja aktarımı

123 fmrg ile beyin aktivitesinin dinamik gösterimi Görme Duyma

124

125