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

90 180 DG

DG

G

Gz

Gx

Gy

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

ADC değeri .....(0.91)..... X10-3 mm2/sec

b=1000 sn/mm2 ADC harita

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 Dxy Dxz Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz

= D S=S0e-bgDg

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

Optik traktus

Eksternal kapsül İnternal kapsül ön bacak

İnternal kapsül arka bacak

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

2. Endojen RF pulsları ile işaretlenmiş kan

DSC

ASL

DSC MR PERFÜZYON: (Dynamic susceptibility contrast)

Gd ekzojen vasküler takipçi olarak kullanılır

Dokuların T1 ve T2 sürelerinde kısalma

• Paramanyetik

• KBB bozulmadıkça intravasküler

• Abzorbe olmaz

Damar ile çevre doku arasında manyetik alan gradienti oluşur Suseptibilite etkisi ile T2 / T2* sinyal kaybı (ΔR2)

DSC MR PERFÜZYON: (Dynamic susceptibility contrast)

Gd beyin kapillerlerine ulaştığında:

Hızlı MRG sekanslar ile bu sinyal kaybı grüntülenir

DSC MR PERFÜZYON:

Nasıl yapılır?

IV Gd enjeksiyonu

Hızlı MR sekans ile ardışık görüntüleme

Gd’un first pass ve wash-out görüntüleri

Datanın software ile işlenmesi

Otomatik enjektör

EPI

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

RF

Gd

IV Gd sonrası neler oluyor?

Her bir RF sonrası dokunun EPI görüntüleri alınır

(ort. 12 kesit)

arteriol

venül

Gd

IV Kapiller Wash-out

ZAMAN

SİN

YAL

12 kesit 12 kesit 12 kesit 12 kesit 12 kesit

Toplam 480 kesit

Sol ASM infarkt

Normal

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

T2 DWI

CBV CBF MTT

AKUT ASM İNFARKT

CBF CBV

MTT

DSC MR PERFÜZYON:

CBV, CBF, vs gerçek kantitatif değerler mi?

HAYIR !!!

Rölatif, semikantitatif

rCBV, rCBF

•kontrast miktarı •kontrast veriliş hızı •total vücut kan volümü •kardiyak output,vs

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

Nasıl yapılır?

IV Gd enjeksiyonu

rHızlı MR sekans ile ardışık görüntüleme

Gd’un first pass ve resirkülasyon görüntüleri

Datanın software ile işlenmesi

Otomatik enjektör

T1 FLASH, SPGR

Bazı parametreler

DCE MR PERFÜZYON: Permeabilite görüntüleme

TR: 170msn TE: 4.76msn Kesit sayısı: 16 Süre: 23sn Gd: 0.1mmol/kg

Örnek Sekans:

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)

Distalde incelenen bölgeye ulaştığında

Görüntüleme yapılır

Neresi, nasıl işaretlenir?

O bölge neresi?

Önce ve Sonra

ASL PERFÜZYON MRG

EPISTAR - QUIPPS II*

Model

İşaretleme

Tag/Sat

MRG

kesitleri

Alternating

Inversion

Puls işaretleme

Alternating

Inversion

Görüntüleme planı

FAIR Flow-sensitive Alternating IR

EPISTAR EPI Signal Targeting with Alternating Radiofrequency

ASL Perfüzyon Sekansları

ASL perfüzyon

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

ASL, CBF

14.9.2010 13.10.2010 11.1.2011

Pseudo – progression, PWI

DSC, CBF

ASL, CBF

DSC, CBF

ASL, CBF

DSC, CBF

PWI

DSC CBV DSC MTT DSC CBF

/ =

ASL CBF SWI

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

Vokselin doğru

yerleşimi önemli

Multi voksel

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: 30

TE: 135

•Anaerobik glikoliz ürünü •Normalde yoktur

•İskemi •Tümör •İnflamasyon

Metabolit oranları

NAA/Cr

NAA/Cho

Cho/Cr

Normal Anormal

2.0 < 1.6

1.6 < 1.2

1 > 1.2

1

WM

Normal MR Spectrum

1

2

2

GM

Hunter’sangle

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.

Red blood cell

with

oxygen

Bazal durum Aktif durum

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)

0 50 100 150 200 250 300 350 -1

0

1

2

Görme + duyma + uyarı yok (Her biri 9 saniye).

0 50

-0.2

0

0.2

0.4

0 50 100 150 200 250 300 350 -1

0

1

2 Uyaranlara yanıtlar

Zaman , Saniye

fMRG Dizaynı: Örnek: Duyma ve Görme

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

Sevilen şarkı

Sevilmeyen 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