İndir

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
FMRI
En az 1.5 Tesla
T2* gradient
EPI
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
HbO2 HbO2
HbO2
HbO2
HbO
2
dHb
dHb 2
HbO
HbO
dHb 2
dHb
dHb
HbO2 HbO2 HbO
2
HbO2 HbO2 HbO2
dHb
HbO2
HbO
HbO2
2
dHb
dHb 2 HbO2 dHb HbO
HbO2 HbO
HbO2 HbO2 HbO
2
2
HbO2
HbO2
HbO2
capillary
HbO2 = oxyhemoglobin
dHb = deoxyhemoglobin
O2 metabolism
blood flow
blood volume
[dHb]
T2* (ortam inhomojenitelerine duyarlı)
DeoxyHb
paramagnetic
(strong field
inhomogeneities)
OxyHb
diamagnetic
(weak field
inhomogeneities)
Fast dephasing
Fast T2*
T2 relaksasyonu hızlı
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
Stimulus
pattern
off
on
off
on
off
on
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 O2
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
• Hafıza
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
Episodik
Semantik
• Matematik
Hesaplama
•
•
•
•
Duyma
Retinotopi
Nesne tanıma
Visuospatial testler
www.amareway.org
Ardışık aktif
her iki el
hareketi
Aktif sağ 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
RECRUITMENTA BAĞLI YALANCI ASİMETRİK BOLD
DOMİNANT TARAF İZLENİMİ VERMEMELİ!!!!
R
L
Bilateral Broca’s ve Wernicke’
Solda tümörün içinde recruitmentdan dolayı yalancı daha belirgin
Wernicke’s
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
Ağız dil motor
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
t5
t4
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 Sağ ayak pasif tekrar
(t3)
(t4)
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
Nesne tanıma
L
Sol pariteaal
assosiasyon
alanında asimetrik
daha fazla BOLD
sinyali
R
R ventral stream ve bilateral dorsal stream BOLD sinyali
L ventral stream sinyal yok (postop, NUC, gerçek)
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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
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
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
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
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
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
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
Yetkin FZMueller WMMorris GL et al.. Functional MR activation correlated with intraoperative cortical mapping. AJNR Am J Neuroradiol 1997; 18:1311–15
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
Faro SHMohamed FBLaw M. Functional Neuroradiology: Principles and Clinical Applications. New York: Springer-Verlag; 2011: 596–97
Palmini AGambaradella AAndermann F et al.. Operative strategies for patients with cortical dysplastic lesions and intractable epilepsy. Epilepsia 1994; 35:S57–71
Medina LSBernal BDunoyer C et al.. Seizure disorders: functional MR imaging for diagnostic evaluation and surgical treatment-prospective study. Radiology 2005; 236:247–53
Lurito JTDzemidzic M. Determination of cerebral hemisphere language dominance with functional magnetic resonance imaging. Neuroimaging Clin N Am 2001; 11:355–63, x
Medina LSAguirre EBernal B et al.. Functional MR imaging versus Wada test for evaluation of language lateralization: cost analysis. Radiology 2004; 230:49–54
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
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
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
Zaca DHua JPillai J. Cerebrovascular reactivity mapping for brain tumor presurgical planning. World J Clin Oncol 2011; 2:289–98
Pillai JJMikulis DJ. Cerebrovascular reactivity mapping: an evolving standard for clinical functional imaging. AJNR Am J Neuroradiol 2015; 36:7–13
Pillai JJZaca D. Clinical utility of cerebrovascular reactivity mapping patients with low grade gliomas. World J Clin Oncol 2011; 12:397–403
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