Doç. Dr. Fazıl Gelal İzmir Katip Çelebi Üniversitesi Atatürk Eğitim ve Araştırma Hastanesi Radyoloji Bölümü
Son 2 yılda ilaç endüstrisi ya da sivil toplum kuruluşlarıyla gelir getirici bir ilişkim olmamıştır.
Sunum Özeti MRG nedir? Nasıl çalışır? Rutinde hangi amaçlarla kullanılır? Psikiyatride MRG kullanımı İleri MR görüntüleme yöntemleri ve bunların psikiyatride kullanım örnekleri
Rezonans Rezonans: Verimli enerji transferi
Rezonans Tacoma Narrows Köprüsü, Washington ABD 7 Kasım 1940
Manyetik Rezonans Protonlara radyo dalgası göndererek enerji aktarımı Pooley R A Radiographics 2005;25:1087-1099 2005 by Radiological Society of North America
FT
Voksel = volume elements Uzaysal (Spatial) rezolusyon = Geometrik rezolusyon iki noktayı birbirinden ayırd etme gücü Voksel volumü α 1 / uzaysal rezolusyon Voksel volumü: - matriks boyutu (256x256, 512x512,..) - Kesit kalınlığı - FOV (10 cm, 20 cm,..)
T1 ve T2 nedir? T1: Longitudinal magnetizasyon T2: Transvers magnetizasyon
T2 : spin-spin relaksasyon Transvers magnetizasyon T2 parlak dokular: su, yağ, kanın bazı evreleri, gri cevher > beyaz cevher T1 : spin-lattice relaksasyon Longitudinal magnetizasyon T1 parlak dokular: proteinden zengin sıvı, yağ, kanın bazı evreleri, beyaz cevher > gri cevher
Hangi sekans?
Hangi sekans?
T2 FLAIR T2 GRE T2 Konvansiyonel MRG T1 Post kontrast T1 Kontrastlı MRA
MR Spektroskopi DAG DTG Traktografi Perfüzyon MR Fonksiyonel MR Manyetizasyon Transfer MR
Psikiyatrik hastalıkların tanısında anatomik görüntüleme yetersiz Psikiyatrik hastalıklar; anatomik görüntüleme ile saptanamayan kimyasal dengesizlikler ve mikroskopik yapısal bozukluklara bağlı Klinikte MR isteminin amacı spesifik hastalık tanısı koymak değil, organik patolojileri dışlamak
Psikiyatrik hastalık tanısında güvenilir tekrar edilebilir belirteçleri olan yeni görüntüleme yöntemleri
MR morfometri MR Spektroskopi DAG DTG Traktografi Perfüzyon MR Fonksiyonel MR Manyetizasyon Transfer MR
Klinik: Klinik muayene, lab. ve konvansiyonel yapısal beyin görüntüleme ile elde edilen bilgileri güçlendirecek tanısal bilgi sağlamak; böylece hastaya klinik yaklaşımı yönlendirmek Bilimsel: Patolojik değişiklikleri daha iyi anlamak, patolojinin anatomik dağılımını belirlemek, bunların hastalığa nasıl yol açtığını saptamak
MRG verilerini (T1, T2 ya da difüzyon ağırlıklı) kullanarak beyin anatomik yapılarını şekil, kitle ya da hacim yönünden niceliksel olarak incelemeye yarar Ör; hippokampus hacmi, korteks kalınlık ya da hacminin ölçümü Yöntemleri: Voksel tabanlı morfometri (T1 / T2) Deformasyon tabanlı morfometri (T1 /T2) Yüzey tabanlı morfometri (T1 / T2) Fiber traktografi (DTG)
Segmentasyon: MR verileri voksel bazında ayrıştırılır: - Beyin / beyin olmayan alanlar. - Beyin: Gri cevher, beyaz cevher, BOS alanları Kayıt (normalizasyon): Bireyler arasında beyin boyutu ve şekli açısından farklılıklar var. Kesitler (aynı ya da farklı kişilere ait) arası karşılaştırma yapabilmek için bu farklılıkların ortadan kaldırılması gerek. Ayrıştırılmış veriler şablon beyin template üzerine kaydedilir (uzaysal normalizasyon / kayıt) İstatistiksel analiz: Ayrıştırılan dokuların yoğunluğu ve hacmi, farklı kesitlerde istatistiksel yazılım paketleri kullanılarak karşılaştırılır ve yorumlanır; ör; kortikal atrofi. Nörogörüntüleme yazılım paketleri; FSL ya da SPM.
FSL: FMRIB Software Library Fonksiyonel, yapısal, difüzyon MR verilerinin istatistiksel analizini yapan ücretsiz yazılım paketi
Şizofreni hastalarında gri cevher kayıpları; PALS şablonu (http://brainmap. wustl.edu/caret) üzerine kaydedilmiş
MRS ile dokunun moleküler yapısı noninvaziv ve in vivo olarak incelenebilir Dokudaki metabolitler saptanır En çok hidrojen nukleusu spektroskopisi yapılır
MRG nin temeli protonların (hidrojen) salınım hareketi Protonların salınım frekansı değişik moleküllerin içerisinde birbirlerinden farklıdır (kimyasal bağları, çevreleyen elektron bulutları nedeniyle maruz kaldıkları manyetik alan şiddeti farkı) Böylece MRS ile molekülleri birbirinden ayırmak mümkün olur Protonların salınım frekanslarındaki farklılık ppm (parts per million) olarak ifade edilir
Protonların salınım frekanslarındaki çok küçük farklılıkların saptanabilmesi - böylece metabolitlerin belirlenebilmesi için Güçlü manyetik alan şiddeti (En az 1.5 T) Özel sekanslar - Tek voksel: Belirlenen ROI üzerinden ölçüm - Multivoksel: Daha geniş bir alandan örnekleme Uygun veri işlem yazılımı
Her metabolit spektrumda belli bir pozisyonda bulunur
N-asetil-asparate (NAA) (sağlıklı nöronlarda bulunur) 2.0 ppm Creatine/phosphocreatine (Cr) (enerji metabolizması) 3.0 ppm Choline (Cho) (hücre membranı yapım ve yıkımı) 3.2 ppm Myo-inositol (mi) (yalnıca glial dokuda) 3.5 ppm (düşük TE) Glutamine-Glutamate-GABA kompleksi (Glx) (nörotransmitter) 2.1 ve 2.5 ppm arasında (yalnız düşük TE de) Laktat (Lac) (anaerobik metabolizma): doublet, 1.35 ppm Serbest lipid (Lip): doublet, 1.3 and 0.9 ppm
Glial tm Grade 2? Grade 3-4?
NAA Ch/Cr
Anaplastik astrositom (Gemiostositik)
Major depresyon: Hücresel metabolizmada azalma ve membran yapım / yıkımında artma Bazal ganglionlar ve değişik kortikal alanlarda anormal kolin düzeyleri, tedavi sonrası normale dönüş Bipolar bozukluk: Anormal membran fosfolipid metabolizması; frontotemporalde anormal fosfomonoesteraz düzeyleri, bazal ganglionlar ve anterior singulat korteksde anormal Cho/Cr düzeyleri Panik bozukluk: NAA/lac artışı Oksipital korteksde GABA azalması
Obsesif Kompulsiv Bozukluk: Kaudat nuklesda Glx düzeyinde azalma Posttravmatik Stress Bozukluğu: NAA azalması Alkol bağımlılığı /kötüye kullanımı: Beyin / kan etanol oranında artış, NAA azalması Şizofreni: Frontal lobda anormal fosfolipid metabolizması (Membran fosfolipidlerinin yapımında azalma, yıkımında artış) 31 P MRS Frontotemporal NAA azalması
Yüksek tesla MR (3T ve üzeri), daha düşük kons.da bulunan metabolitlerin (ör, nörotransmitterler) ölçülebilmesi GABA, Glutamat düzeylerinin ölçümü Dopamin, serotonin, asetilkolin ölçümleri 3T da lityum görüntüleme Henüz yapılacak çok şey var
Difüzyon MR suyun mikro düzeydeki hareketini inceler Dokuda suyun hareketini etkileyen engeller (hücre memb., proteinler, makromoleküller, sinir lifleri) vardır. Bunlar dokuya ve patolojik süreçlere (ödem, abse, tümör) göre değişir Temel olarak difüzyon ekstraselüler suyu inceler. Difüzyon MR doku mikrostrüktürü hakkında indirekt bilgi verir
Moleküllerin kinetik enerjilerine bağlı rastgele hareketleri (Brownian) Kısıtlanmadığı sürece her yöne doğru Difüzyon mikrometre düzeyindedir; rutin MR ile ölçülemez Difüzyon etkisini ölçebilmek için herhangi bir sekansı difüzyona hassaslaştıran güçlü gradientler kullanılır
Mikroyapıları rastgele dizilmiş ya da moleküllerin hareketine düzenli engeller göstermeyen dokularda difüzyon her yöne doğru eşit olur Ör; gri cevherde difüzyon izotropiktir
Mikroyapıları belli bir düzenle yerleşmiş olan dokularda difüzyon bir yönde diğer yönlere göre daha fazla olabilir anizotropik difüzyon Ör; myelinli beyaz cevher lifleri boyunca difüzyon daha hızlıdır
Difüzyon Ağırlıklı Görüntüleme G x Difüzyon gradyentleri G y b= 1000 EPSE T2 b=0 G z
DAG; Dx, Dy, Dz Difüzyon MR da Kontrast T2, difüzyon büyüklüğü, difüzyon yönü DAG Trace T2, difüzyon büyüklüğü ADC map difüzyon büyüklüğü
EP T2 DAG ADC Hiperakut infarkt
DAG difüzyonun büyüklüğü ile ilgilenir, yönü ile ilgilenmez DTG ise difüzyonun hangi yöne doğru olduğu ile ilgilenir; Her vokselde difüzyonun ne derece anizotropik olduğunu (Fraksiyonel Anizotropi) hesaplar; Her vokseldeki FA değerleri ile beyaz cevher demetlerini haritalandırabilir (traktografi)
Difüzyon Tensor Görüntüleme (DTG) Beyinde difüzyon anizotropiktir (BC demetleri, akson membranları, myelin kılıfları difüzyona engel oluşturur) Maksimum difüzyon BC demetlerinin uzun ekseni doğrultusundadır DAG de difüzyonel anizotropi hatalı yoruma yol açmamak için elimine edilir (Trace DAG) DTG de ise anizotropi kullanılarak görüntüleme yapılır DTG ile her voksel için anizotropi derecesi ve lokal demet yönü saptanır; böylece in vivo BC mikrostürüktürü incelenebilir
Difüzyon elipsoidleri (tensor) FA = 0, küre (difüzyon her yöne eşit) FA = 1, difüzyon tek bir yöne doğru Difüzyon, FA değerine göre küre ile çizgi arasında elipsoidler ile temsil edilir
Pierpaoli and Basser, Toward a Quantitative Assessment of Diffusion Anisotropy, Magn. Reson. Med, 36, 893-906 (1996)
Difüzyon Tensor Görüntüleme Difüzyon 3x3 matriks ile temsil edilir 9 elemanından 6 sı bağımsızdır Difüzyonun büyüklüğü ve yönünü belirlemek için en az 6 yönde ölçüm yapmak gerekir (DTG) DAG de difüzyonun relatif büyüklüğü yeterlidir. Bunun için birbirine dik 3 eksende difüzyon ölçümü yapılır
Elipsoidin difüzyon sabitleri (eigenvalues) λ1: longitidunal diffüzivite λ2 ve λ3: radyal perpendiküler diffüzivite
Traktografi
Traktografi yöntemleri 1) Deterministik 2) Probabilistik
Traktografi FA değeri en yakın olan vokseli seç FA değeri belirlenen değerin altına düşerse dur Vektörler arasındaki açı belirlenen değeri aşarsa dur
Normal yaşlanma: Postmortem patolojik çalışmalarda BC mikrostrüktüründe bozulma (özellikle presantral girus ve korpus kallozumda myelinli liflerin sayısında azalma) izlenir. Yaşlandıkça ADC artar Yaşlandıkça, beyin hacminde azalma görülmeyen kişilerde bile FA azalır (özellikle korpus kallozum splenium ve genu, bilateral frontal ve parietal perikallozal BC)
Alzheimer Hastalığı: GC kaybına eşlik eden santral BC ve korpus kallozumdaki, hasarlanma, DTG ile konvansiyonel MR a göre daha erken dönemde saptanabilir Özellikle temporal lobda ADC aynı kalırken FA azalır. (bazen ADC artar, FA azalır) DTG değişikliklerinin niceliksel olarak gösterilmesinin bir yolu her voksel için hesaplanan diffüzivitenin histogram olarak gösterilmesidir Ortalama diffüzivite ve intervoksel coherence gibi farklı diffüzivite parametreleri FA ile birlikte kullanıldığında mikrostrüktürdeki hasarlanmaların türü ve derecesi belirlenebilir
Şizofreni: Rutin MR: 3. ve lateral ventriküllerde genişleme, öz. prefrontal ve anterior temporal korteksde GC volum azalması MRS: Volum normal olmasına rağmen BC de NAA azalması (doku bütünlüğü ve nöronal konnektivitede bozukluk) DTG: Yaygın, ancak özellikle prefrontal BC de FA azalması Klinikte azalmış FA, artmış motor impulsivite, artmış ADC, artmış agresyon ile ilişkilidir.
Alkolizm: Rutin MR: BC ve korpus kallozumda volum kaybı (demyelinizasyon, myelinli liflerin kaybı, aksonal yıkım) DTG: Kronik alkoliklerde korpus kallozum ve sentrum semiovalede FA azalması
DTG ile BC mikrostrüktürel bütünlüğü değerlendirilebilir Böylece nöropsikiyatrik hastalıklarda nöronal mekanizmalar, bölgesel tutulum paternleri, BC ve hücre harabiyetinin seyri hakkında bilgi sağlanabilir Daha fazla nöropsikiyatrik hastalıklar DTG ile mikrostrüktürel değişiklikler açısından araştırılabilir (örneğin obsesif kompulsiv bozukluk, otizm., vb) Traktografideki ilerlemeler sonucu BC demetlerindeki hasar sonrası iyileşme modelleri test edilebilir
Perfüzyon MR Dokunun kapiller mikrosirkülasyonu ile ilgili bilgi verir
Bolus kontrast madde verilmesi sırasında ve sonrasında dinamik MR kesitleri alınır Kontrast madde kapiller yatağa ulaşınca sinyal azalması izlenir Doku perfüzyonu ile ilgili parametreler hesaplanır
TTP (Time To Peak): Maksimum kontrastın görülme süresi MTT (mean transit time); ortalama geçiş süresi rcbv: relatif serebral kan volumu: sinyal eğrisinin altında kalan alan rcbf: relatif serebral kan akımı: rcbv/mtt.
Alzheimer hastalığında temporal lobda rcbv azalması Bu hastalarda perfüzyon MR, nükleer tıp çalışmalarına alternatif olabilir Kronik yorgunluk sendromu: Beyin sapı perfüzyonunda azalma Yaşlı kardiak hastalarda depresyonun nedeni serebral hipoperfüzyon olabilir
13 şizofreni, 7 major depresyon, 12 Alzheimer hastalığı, 2 Parkinson hastalığı çalışması Klinikte tanı ve tedaviye yanıtın izleminde önemli bir yöntem olabilir
Fonksiyonel MR Beyin aktivitesinin indirekt görüntüleme yöntemi Nöronal aktivite dokuya gelen oksihb artar deoksihb miktarı relatif olarak azalır.. geçici sinyal artımı BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)
Veri toplanması için T2*-ağırlıklı ultrafast ekoplanar sekanslar Aktivite ve dinlenmelerden oluşan bir dizi ölçüm yapılır Aktif bölgeden elde edilen sinyal farklılığı çok belirsizdir, Sinyal analizi farklı aktivasyon aşamaları sırasındaki sinyallerin istatistiksel karşılaştırılması ile yapılır
Araştırmada yaygın kullanım, ancak klinikte sınırlı fmr da aktivasyon ile dinlenme dönemlerindeki sinyaller karşılaştırılır; bugün daha çok motor fonksiyonlar, işitme, görme, konuşma, hafıza ile ilgili fonksiyonlar fmr ile çalışılır. Duygulanımların farklı fazlarını çalışmak güç
En çok şizofreni, obsesif kompulsif bozukluk, Alzheimer, madde bağımlılığı konularında çalışmalar yapılmış OKB da, aktivite (kirli çamaşır tutmak) ile dinlenme (temiz çamaşır tutmak) fazları karşılaştırılmış Gelecekte klinik olarak kullanılabilecek bir araç olabilir
Manyetizasyon Transfer MR Makromoleküllere bağlı ve serbest suyun relaksasyon zamanlarındaki farktan yararlanarak dokunun makromoleküler yapısını ortaya koyar
Manyetizasyon Transfer MR Bağlı proton havuzunu baskılayan MT pulsu gönderildiğinde doku sinyali azalır MT pulsu var ve yok iken alınan MR sinyalleri karşılaştırılır MT oranı: (MTyok Mtvar)/ MTyok)x100 hesaplanır MTO haritaları oluşturulur Makromoleküler yapıda hasar arttıkça MTO düşer Rutin MR ile fark edilemeyen mikrostrüktürel değişiklikler MTO ile belirlenebilir
Psikiyatrik hastalıklarda MRG araştırmaları, bu hastalıkların belirli nöropatolojik temelleri olduğunu gösteren objektif kanıtlar ortaya koymuştur. Ancak psikiyatrik bozukluklarda MR a bakılarak ayırıcı tanı yapılabilmesi henüz mümkün değildir. MRG, ilaçların, beynin yapısal, fonksiyonel ve kimyasal özellikleri üzerindeki etkilerinin monitorizasyonunda yararlıdır Araştırmalar sonucunda, henüz spesifik bulgular olmamakla birlikte psikiyatrik hastalıkların tanısına katkıda bulunacak MR paternleri ortaya çıkmak üzeredir.