İleri Mr Uygulamaları

İLERİ MR UYGULAMALARI.....
•Difüzyon MRG
•DTI
•Perfüzyon MRG
•MRS
•fMRG
Difüzyon MRG
Diffusion Tensor Imaging
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)
Fractional anisotropy (FA) (0-1)
Mean Diffusivity (MD)
• 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)
DAG
• D ↑ ise sinyal kaybı ↑ (koyu)  hipointens
• D ↓ ise sinyal kaybı ↓ (parlak)  hiperintens
Gx
G

DG
Gz
Gy
180
DG
90

b değeri (s/mm2 )
• 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
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.
DAG Trace görüntü
T2 parlama etkisi
• DWI temelde T2 A sekansdır (TE:75-100 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
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
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: mm2/sn
Neden ADC ?
• T2 parlama etkisini kaldırır
• Saf difüzyon bilgisi verir
• b değeri (sn/mm2) cinsinden difüzyon
hızının sayısal değerini verir
Difüzyon sensitivite değeri (b değeri)
b=0, b=500, b=1000 s/mm2
Görüntüler:
b=0 T2-ağırlıklı
b=500 s/mm2 pariyel T2 etkisi
b=1000 s/mm2 uygun difüzyon bilgisi
b=1000 sn/mm2
ADC değeri
ADC harita
.....(0.91)..... X10-3 mm2/sec
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.
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
Dyx
Dzx
Dxy
Dyy
Dzy
Dxz
Dyz
Dzz
= D
S=S0
b
gDg
e
Tensör matrisi
• Her hangi bir
yöndeki difüzyonu
tanımlayan, uzun
aksı ortamdaki
difüzyonun yönüne
paralel olan elipsoid
şeklinde tanımlanır
θ
Φ
Anizotropi
• Aksonal zar ya
da myelin kılıfı
gibi yapısal
engellere paralel
olan difüzyon en
fazla olurken,
onlara dik olan
difüzyon en az
olur
MD (Mean diffusivity):
O alanda diffüzyon miktarı
FA (Fractional Anisotropy) (0-1):
O bölgede difüzyonun hangi yönde ve miktarda olduğu
NÖRAL NETWORK BÜTÜNLÜĞÜ
FA
Yön bilgili renkli FA
Eksternal kapsül
İnternal kapsül ön bacak
İnternal kapsül arka bacak
Optik traktus
+
Anaplastic Astrocytoma
=
PERFÜZYON GÖRÜNTÜLEME
(DSC, DSE, ASL)
Perfüzyon nedir?
Bir dokunun belli bir miktarının kapiller yatağından geçen
kan akımı olarak tanımlanır.
Beyinde ml/100gr beyin dokusu/dakika
Serebral kan akımı (CBF)
MRG ile perfüzyon nasıl ölçülür?
Perfüzyon ölçümü için “vasküler takipçi” gerekir
1. Ekzojen  Gadolinium
DSC
ASL
2. Endojen  RF pulsları ile işaretlenmiş kan
DSC MR PERFÜZYON:
(Dynamic susceptibility contrast)
Gd ekzojen vasküler takipçi olarak kullanılır
• Paramanyetik
• KBB bozulmadıkça intravasküler
• Abzorbe olmaz
Dokuların T1 ve T2 sürelerinde kısalma
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
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
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
ÖRNEK
IV Gd sonrası neler oluyor?
RF
venül
Gd
arteriol
Her bir RF sonrası dokunun EPI görüntüleri alınır
(ort. 12 kesit)
IV
SİNYAL
G
d
Kapiller Wash-out
ZAMAN
12 kesit
12 kesit
12 kesit
Toplam
480 kesit
12 kesit
12 kesit
Normal
Sol ASM infarkt
Ölçülen Parametreler:
• CBV (cerebral blood volume)
• CBF (cerebral blood flow)
• MTT (mean transit time)
• TTP (time to peak)
• PBP (percentage of baseline at peak)
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
AKUT ASM
İNFARKT
DWI
T2
CBV
CBF
MTT
CBV
CBF
MTT
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
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
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
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
Ölçülen parametreler:
• Ktrans
• kPS
• fBV (fractional blood volume)
• K1
• K2
MR Permeabilite görüntüleme
Courtesy of Marco Essig, DKFZ, Heidelberg
ASL PERFÜZYON MRG
(Arterial Spin Labeling)
Endojen kontrast
Proksimalde işaretlenen kan (su)
Neresi, nasıl
işaretlenir?
O bölge neresi?
Distalde incelenen bölgeye ulaştığında
Görüntüleme yapılır
Önce
ve
Sonra
ASL PERFÜZYON MRG
Model
EPISTAR - QUIPPS II*
MRG
kesitleri
İşaretleme
Tag/Sat
ASL Perfüzyon Sekansları
Puls işaretleme
Görüntüleme planı
Alternating
Inversion
Alternating
Inversion
FAIR
EPISTAR
Flow-sensitive Alternating IR
EPI Signal Targeting with Alternating Radiofrequency
ASL perfüzyon
Arterial Spin Labeling (ASL) perfusion, High grade recurrent glioma
ASL, CBF
Pseudo – progression, PWI
14.9.2010
13.10.2010
DSC, CBF
DSC, CBF
ASL, CBF
ASL, CBF
11.1.2011
DSC, CBF
PWI
/
DSC CBV
=
DSC MTT
SWI
DSC CBF
ASL CBF
MR Spektroskopi
• Doku biyokimyası
• Metabolit çeşidi, miktarı
• In-vivo
• Non-invazif
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
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
Kimyasal kayma
• Bir referans bileşiğe ya da kullanılan
atomun yüksek manyetik alanlı
spektrometredeki santral Larmor
frekansına oranla ppm cinsinden kayması
• Ppm: parts per million
•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
• Su ve yağ baskılama
• CHESS ( chemical shift selective excitation )
• Manyetik alan homojenitesi ( shimming )
• FWHM ( full with half maximum )
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)
• Voksel boyu 2-8 cm3 arasında, yeni
cihazlarda 1cm3 olabilmektedir. Voxel
patolojiyi kapsarken normal doku
dışında kalmalı veya vokselin
%20'sinden az olmalıdır. SVS diffüz
ve soliter lezyonlarda yararlıdır
• 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
Single voksel
Multi voksel
Vokselin doğru
yerleşimi önemli
Çok sayıda bölge
simultane
değerlendirilebilir
2-D teknik
3-D teknik ile daha büyük
volümler çalışılabilir
TE
• Kısa TE kısa
relaksasyon zamanına
sahip metabolitler
• Pik intensitesi ve
baseline ile olan ilişkisi
• Örn: myoinositol
TR
• 1500 – 3000 milisaniye
• Uzun TR’ lerde
metabolit pikleri daha
yüksektir ve
değişkenlik gösterir
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
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
Suboptimal shimming
Doğru shimming
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
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 ...
METABOLİTLER
NAA (2.02 ppm)
• NAA: N-Asetil aspartat
• Nöronal-aksonal marker
• Miktarı nöronal bütünlük
ve aksonal dansite ile
koreledir
NAA
• Fokal lezyonlar
• Demans
• Doku hasarı
• Canavan hst
• Doku iyileşmesi
Creatine/phosphocreatine
(3.02 ppm )
• Enerji marker
• Gn stabildir,
– Metabolit oranlamasında
• Gri madde de daha
• Hiperosmolar durum
• Bazı lezyonlarda 
Cholin
(3.2 ppm )
• Membran marker
•
•
•
•
•
Hücre membran proliferasyonu ile
Gelişen beyinde (neonatal)
Gri madde de
Tümörler
İnflamasyon
• Bazı lezyonlarda ve kr kc hst
Myo-inositol
(3.56)
• Astrositlerde (glial marker)
• Alzheimer
• Hepatik ensefalopati
• İskemi
• Lityum tedavisi
Glutamine/Glutamate
(2.1-2.5 ppm)
• Eksitatör bir
nörotransmitterdir
• Hipoksi
• Hepatik ensefalopati
• Alzheimer
Lipid
(0.8-1.5 ppm)
• Kısa TE
• Tümörler
• Nekroz (marker)
• Aktif demyelinizasyon
Laktat
(1.35 ppm)
TE: 135
•Anaerobik glikoliz ürünü
•Normalde yoktur
•İskemi
•Tümör
•İnflamasyon
TE: 30
Metabolit oranları
NAA/Cr
NAA/Cho
Cho/Cr
Normal
Anormal
2.0
1.6
1
< 1.6
< 1.2
> 1.2
Normal MR Spectrum
2
GM
Hunter’s
angle
1
2
1
WM
Düşük grade gliom
fMRG
(Fonksiyonel MRG)
fMRG
• MRG
• Noninvaziv anatomik görüntüleme
• Noninvaziv anatomopatolojik tanı
fMRG
• Beynin belli bir bölgesindeki
artan metabolik aktivitenin hızlı
bir şekilde görüntülenmesi
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
BEYİN HARİTALAMASI
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.
Hastadan yapması istenen işlevler nelerdir?
•El / ayak parmak hareketleri
•Görsel uyarılar
•Duyma ile ilgili uyarılar
•Konuşma
•Farklı dilde konuşma
•Sayı sayma
•Şarkı söyleme, vs
Fizyoloji ve hemodinamik değişiklikler
fMRG beyin aktivitesini, nöral aktiviteye eşlik
eden kan akım değişiklikleri üzerinden indirekt
olarak göstermektedir.
Bazal durum
Aktif durum
Red blood cell
with
oxygen
Kan akımı arttığında oksijen taşıyan kırmızı kan
hücrelerinin sayısı da artmaktadır
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.
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
fMRG sinyalinin tek vokseldeki şeması
fMRG’de kontrast nasıl artar?
Lineer Transform Modeli
Aynı işlev tekrarlandıkça kontrast artışı ???
10-20sn
10-20 sn
işlev yok
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)
fMRG Dizaynı: Örnek: Duyma ve Görme
Görme + duyma + uyarı yok (Her biri 9 saniye).
2
1
0
-1
0
50
100
150
200
250
300
350
250
300
350
0.4
0.2
0
-0.2
0
50
Uyaranlara yanıtlar
2
1
0
-1
0
50
100
150
200
Zaman , Saniye
Kan oksijenizasyonundaki küçük sinyal değişiklikleri fMRG
ile beyin aktivasyonunun haritalanmasına izin vermektedir
Zaman içerisinde sinyal değişimi
Aktivasyonun yüksek
rezolüsyonlu imaja aktarımı
fMRG ile beyin aktivitesinin dinamik gösterimi
Görme
Duyma
PWI, CBF map
fMRI,
Finger tapping
fMRI, language task
Tractography, arcuate fasciculus
Sevilmeyen şarkı
Sevilen şarkı
fMRG datalarından Kantitatif değerler
elde etmek mümkün mü?
Bazı postprocessing software ihtiyacı var
FMRISTAT
MINC
BRAIN VOYAGER
BRAINS2
SPM, vs
1.5T vs 3T
CBF maps
fMRI
Sabrınız için teşekkür ederim 