BEYİN TÜMÖRLERİNDE FONKSİYONEL MRG

RADYOLOJİ ANABİLİM DALI BEYİN TÜMÖRLERİNDE FONKSİYONEL MRG Dr Ayşe Aralaşmak BEZMİALEM VAKIF ÜNİVERSİTESİ RADYOLOJİ AD 29 Nisan 2016

SUNU AKIŞI BOLD görüntüleme fmri tipleri Task-fMRI-tümör

FONKSİYONEL MRI (FMRI) İntraoperatif elektrokortikal stimulasyonun yerini alabilecek kadar iyi değil fakat cerrahi planlamaya yardımcı olup kranitominin süresini azaltmakta

FMRI Eleqouent korteksin ortaya konması için yapılan noninvasive test Dil ve motor homonculusun lezyonla ilişkisinin ortaya konması Dominant dil merkezinin belirlenmesinde Wada testi yerine kullanılmakta Dominant dil merkezlerinin saptanmasında fmri ile invasif Wada testi arasında %90 nın üzerinde uyum bulunmuş Endojen kontrast deoxyhb

En az 1.5 Tesla T2* gradient EPI FMRI Volumetrik T1 ağırlıklı anatomik görüntüler ile fuse edilir BOLD: Blood Oxygenation Level Dependent Paramagnetik DeoxyHb oranı azaldıkça, MR sinyali artar, BOLD sinyali oluşur Neurovascular coupling (nöronal aktivite artıkça lokal kan akımı artar)

NEUROVASCULAR COUPLİNG neuron capillary HbO HbO 2 HbO HbO HbO dhb dhb 2 2 HbO 2 HbO 2 2 2 HbO dhb HbO dhb 2 2 HbO 2 dhb HbO 2 HbO HbO HbO dhb HbO dhb 2 2 HbO 2 2 2 HbO HbO HbO dhb dhb 2 HbO 2 HbO HbO 2 2 2 HbO 2 2 HbO HbO 2 HbO 2 2 O 2 metabolism HbO 2 = oxyhemoglobin dhb = deoxyhemoglobin blood flow [dhb] blood volume

T2* (ortam inhomojenitelerine duyarlı) DeoxyHb paramagnetic (strong field inhomogeneities) Fast dephasing Fast T2* T2 relaksasyonu hızlı OxyHb diamagnetic (weak field inhomogeneities) Slower dephasing Slower T2* T2 relaksasyonu yavaş

DeoxyHb T2* görüntülemede sinyal kaybına yol açar On-off şeklinde olguya belli süreler ile paradimler yaptırılır Hareket halinde iken deoxyhb azalacak görüntü kontrastı artacak TE artıkça görüntünün kontrastı artacak

on on on on Stimulus pattern off off off off off Predicted BOLD signal time t testi 3.9 dakika (3 dakika 53 sn) toplam sekans 3 defa ( 34 sn on, 34 sn off)

Stimulus ile CBF artışları arasında 2-6 sn bir geçikme Initial Dip CBF artışı henüz olmadan uyarana cevap olarak O 2 tüketimi artacağı için BOLD sinyali azalacak

Limitasyonları T2* magnetik heterojenitelere çok hassas %1-5 arasındaki değişimi görüntülüyoruz harekete çok hassas Kooperasyonu zor olan hastalar Nöronal aktivite değil, ona bağlı CBF değişiklikleri

NÖRONAL PLASTİSİTE (REORGANİZASYON, RECRUİTMENT) Hemisferik fnx kaybı karşı serebral hemisferin reorganizasyonu ile kompanse edilebilir Hemisferik fnx kaybında lezyon çevresindeki alanlarda yoğun BOLD aktiviteleri izlenebilir (recruitment) NÖROVASKÜLER EŞLEŞEMEME (NEUROVASCULAR UNCOUPLİNG) (NUC) False negative ve false positive BOLD sinyali SADECE GRİ CEVHER DEĞİL BEYAZ CEVHERDEN DE SİNYAL ALINABİLİR CBF (gri) 60-70 ml/100 g /min CBF (beyaz) 40-50 ml/100 g/min

BOLD U ETKİLEYEN FİZYOLOJİK FAKTÖRLER Kan volümü Basal kan oksijenasyonu Basal metobolik hız Basal akım Basal kan CO2 seviyesi Kan basıncı Hematokrit Akım, volüm ve metobolik hızdaki değişiklikler Nöronal aktivite seviyesi ICA oklüzyonu olan tarafta BOLD sinyali alınmaz

FMRI Task fmri (harekete bağlı BOLD) Resting fmri (R-fMRI, spontan BOLD) Breath-hold fmri (neurovascular uncoupling, cerebrovascular reserve capacity)

Resting- fmri (Spontan BOLD) Beynin yapısal konnektivitesi, daha az artifaklı Beyinde pek çok network mevcut (auditory, visual, somotosensory, language, attention, Default mode network ) R-fMRI-Default mode network (DMN) Task-fMRI (cognitive tests)- DMN sinyal azalıyor AD, bilinci bozuk olgularda R-fMRI -Nörolojik ve psikiyatrik olgularda beynin yapısal konnektivite bozuklukları araştırılıyor R-fMRI tumor ve epilepsi hastalarında uygulanmaya başladı

Breath-hold FMRI NUC CVR- (SWI oldukça başarılı) Olguya nefes tutma Toplam sekans 5.9 dakika 3 defa (21 sn nefes tutma, 95 sn normal nefes)

Task fmri Paradimleri Dil Cümle tamamlama Kelime üretme Motor Aktif ve pasif el hareketi Aktif ve pasif kol hareketi Pasif ayak hareketi Dil ve ağız bölgesi motor alan için ağız açma kapama hareketi Hafıza Episodik Semantik Matematik Hesaplama Duyma Retinotopi Nesne tanıma Visuospatial testler

www.amareway.org

Aktif sağ el hareketi Ardışık aktif her iki el hareketi

Parieal ve prefrontal asosiasyon alanları Premotor alan ve SMA Primer motor alan http://mikeclaffey.com/psyc2/notes-organization.html

Ağız dil motor L Sağ dominant Broca s ve Wernicke s alanları R

http://thebrain.mcgill.ca/

25 yaş Grade 3 Oligoastrocytoma

Ardışık aktif her iki el hareketi Ardışık pasif sağ sol ön kol hareketi Perilesional recruitment? NUC?

Pasif sağ ayak hareketi Pasif sol ayak hareketi Perilesional recruitment? NUC?

Ağız açma hareketi Ağız-dil motor Broca s alanı Wernicke s alanı

Cho/NAA < 2, Inositol pıkleri

Ardışık sağ sol el aktif hareket Sağ kol pasif hareket

Ardışık sağ ve sola ayağa pasif hareket Sağ ayağa pasif hareket

Cho/NAA 2.64

Ağız-dil motor Broca ve Wernicke alanları

Ardışık sağ sol el aktif hareket Ardışık sağ sol ön kol aktif hareket

Ardışık sağ sol ayak pasif hareket Sağ ayak pasif hareket Sol ayak pasif hareket

Ağız dil motor bilateral Wernicke s sol dominant

R Auditory-bilateral sağ dominant

Matematik (uyarılar sözel)

Visuospatial (adres sorma)

Sağ el aktive perilesional recruitment?, NUC? Sol el aktive

Sol ayak pasif Sağ ayak pasif

Broca s ve Wernicke s

Ardışık sağ sol el aktive Sağ el aktive Sol el aktive

Sağ ön kol aktive Sol ön kol aktive

Sağ ayak pasif Sol ayak pasif t : 4 t : 5

Grade 2 oligoastrositom

Grade 2 oligoastrositom

Ağız dil motor L Broca s ve Wernicke s, sol dominant

L Semantik Memory Matematik

L Sağ sol el aktif L Sağ sol ayak pasif

Bilateral Broca s ve Wernicke Solda tümörün içinde recruitmentdan dolayı yalancı daha belirgin RECRUITMENTA BAĞLI YALANCI ASİMETRİK BOLD DOMİNANT TARAF İZLENİMİ VERMEMELİ!!!! R L

Wernicke s Ağız dil motor Ağız-dil motor alan sağda daha aktif Wernicke s sağda daha fazla Broca s tümörün içinde recruitmentdan dolayı yalancı daha belirgin 8 yıldır ara ara konuşmalarında takılma Dil merkezi bilateral sağ dominant

YAVAŞ BÜYÜYEN TÜMÖRLERDE DİL MERKEZLERİ KONTRALATERAL REORGANİZASYON GÖSTEREBİLİR 4.5 yıldır bas ağrısı Oligodendrogliom WHO grade II Bilateral sağ dominant veya sağa reorganize Operasyon oncesi ve sonrası konuşmada problem yok

BİLİNGUAL VE MONOLİNGUALLERDE LATERALİTE FARKI YOK Sağ Wernicke ve agiz dil motor t5 t5 Sol Wernicke, Broca ve agiz dil motor t4 t5 GBM ve 4 aydır harfleri unutma ve oğlunu tanıyamama Dil merkezi bilateral (dominant taraf bulunamadı)

BİLİNGUALLERDE DİL MERKEZLERİNDE FONKSİYONEL VE YAPISAL DEĞİŞİKLİKLER VAR LATERALİTE FARKI YOK Olgu birini unutabiliyor- farklı dil merkezleri? Bilinguallerde BOLD sinyalleri daha belirgin Bilinguallerde ögrenim Ne kadar erken ise BOLD sinyallleri aynı alanlarda ve monolingualler ile aynı ölçüde Ne kadar geç ise Broca ve Wernicke s dil merkezleri içinde farklı alanlarda ve daha belirgin Bilingualler konuşmada daha hızlı ve daha dikkatli çünkü erken yaşlarda bilinguallerde dil merkezlerinde ve anterior cingular korteks kortikal kalınlık artışı izleniyor

KORTEKS YERİNE BEYAZ CEVHERDEN SİNYAL ALABİLİRSİNİZ SWI ADC DWI

Ağız dil motor

Dil paradimleri Yoğun CC aktivasyon Dil merkezleri solda cünkü hastanın konuşması bozulmuş, bilgi transferine bağlı CC aktivasyon

Sağ el aktif Reorganizasyon? Sol el aktif

Sağ kol aktif Sol kol aktif

Sağ el aktif Sol el aktif

Sağ ön kol aktif Sol ön kol aktif

Sol ayak pasif

Sağ ayak pasif Sağ ayak pasif tekrar (t4) Sağ ayak pasif tekrar (t3)

Breath-hold fmri Neurovascular uncoupling Daha sık olmak üzere hiperperfüze ama hipoperfüze tümörlerde de izlenebilir High grade tm- anormal vasoaktivite ve permeabilite Low grade tm- astrositik disfonksiyon

Retinotopi 6 yıldır izlemde anaplastik oligodenrioglioma Söylenenleri zor algılama ve yavaş konuşma

Duyma

R ventral stream ve bilateral dorsal stream BOLD sinyali L ventral stream sinyal yok (postop, NUC, gerçek) Nesne tanıma Sol pariteaal assosiasyon alanında asimetrik daha fazla BOLD sinyali L R

http://www.euroformhealthcare.biz/

Anlamlı kelime üretme, fiil üretme Sol broca ve bilateral Wernicke Dil merkezi sol (konuşma yavaş, anlama zor) Sağ Wernicke reoragnizasyon Uyarılar görsel verildi Dorsal stream boyunca BOLD aktiviteler

SONUÇ fmri motor homonkulusun ve dil merkezinin görüntülenmesinde yardımcı Tümörün bulunduğu alana yönelik paradimler uygulanabilmesi için fonksiyonel nöroanatomi Recruitment ve reorganizasyon tümürün eloquent kortekse oldukça yakın veya infiltre olduğunu gösterir Dil merkezlerinin belirlenmesinde -nöronal plastisite (recruitment ve reorganizasyon) unutulmamalı mutlaka olgunun konuşması ve konuşma hikayesi sorgulanmalı Beyaz cevherden de BOLD aktivite alınabilir NUC, false positif veya negatif, breath-hold fmri Postop fmri, false negatif olabilir

TEŞEKKÜRLER Asist Dr Ezra Çetinkaya Asist Dr Bahar Atasoy Yrd Doç Dr Hüseyin Toprak Prof Dr Hüseyin Özdemir Prof Dr Alpay Alkan

Referanslar 1. Pillai JJ. The evolution of clinical functional imaging during the past 2 decades and its current impact on neurosurgical planning. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31:219 25 2. Ogawa SMenon RSTank DW et al.. Functional brain mapping by blood oxygenation level-dependent contrast magnetic resonance imaging. A comparison of signal characteristics with a biophysical model. Biophys J 1993; 64:803 12Bandettini PAWong ECHinks RS. Time course EPI of human brain function during task activation. Magn Reson Med 1992; 25:390 97 3. Ruff IMPetrovich Brennan NMPeck KK et al.. Assessment of the Language Laterality Index in patients with brain tumor using fmri: effect of thresholding, task selection and prior surgery. AJNR Am J Neuroradiol 2008; 29:528 35 4. Petrella JRShah LMHarris KM et al.. Preoperative functional MR imaging localization of language and motor areas: effect on therapeutic decision making in patients with potentially resectable brain tumors. Radiology 2006; 240:793 802 5. Moritz CHHaughton VMCordes D et al.. Whole-brain functional MR imaging activation from a finger-tapping task examined with independent component analysis. AJNR Am J Neuroradiol 2000; 21:1629 35 6. Ogg RJLaningham FHClarke D et al.. Passive range of motion functional magnetic resonance imaging localizing sensorimotor cortex in sedated children. J Neurosurg Pediatr 2009; 4:317 22 7. Yetkin FZMueller WMMorris GL et al.. Functional MR activation correlated with intraoperative cortical mapping. AJNR Am J Neuroradiol 1997; 18:1311 15 8. Bizzi ABlasi VFalini A et al.. Presurgical functional MR imaging of language and motor functions: validation with intraoperative electrocortical mapping. Radiology 2008; 248:579 89 9. Faro SHMohamed FBLaw M. Functional Neuroradiology: Principles and Clinical Applications. New York: Springer-Verlag; 2011: 596 97 10. Palmini AGambaradella AAndermann F et al.. Operative strategies for patients with cortical dysplastic lesions and intractable epilepsy. Epilepsia 1994; 35:S57 71 11. Medina LSBernal BDunoyer C et al.. Seizure disorders: functional MR imaging for diagnostic evaluation and surgical treatment-prospective study. Radiology 2005; 236:247 53 12. Lurito JTDzemidzic M. Determination of cerebral hemisphere language dominance with functional magnetic resonance imaging. Neuroimaging Clin N Am 2001; 11:355 63, x 13. Medina LSAguirre EBernal B et al.. Functional MR imaging versus Wada test for evaluation of language lateralization: cost analysis. Radiology 2004; 230:49 54 14. Smits MVisch-Brink ESchraa-Tam CK et al.. Functional MR imaging of language processing: an overview of easy-to-implement paradigms for patient care and clinical research. Radiographics 2006; 26:S145 58 15. Hou BLBradbury MPeck KK et al.. Effect of brain tumor neovasculature defined by rcbv on BOLD fmri activation volume in the primary motor cortex. Neuroimage 2006; 32:489 97 16. Ulmer JLHacein-Bey LMathews VP et al.. Lesion-induced pseudo-dominance at functional magnetic resonance imaging: implications for preoperative assessments. Neurosurgery 2004; 55:569 79; discussion 580 81 17. Zaca DHua JPillai J. Cerebrovascular reactivity mapping for brain tumor presurgical planning. World J Clin Oncol 2011; 2:289 98 18. Pillai JJMikulis DJ. Cerebrovascular reactivity mapping: an evolving standard for clinical functional imaging. AJNR Am J Neuroradiol 2015; 36:7 13 19. Pillai JJZaca D. Clinical utility of cerebrovascular reactivity mapping patients with low grade gliomas. World J Clin Oncol 2011; 12:397 403 20. Kim MJHolodny AIHou BL et al.. The effect of prior surgery on blood oxygen level-dependent functional MR imaging in the preoperative assessment of brain tumors. AJNR Am J Neuroradiol 2005; 26:1980 85