applicazioni del neuroimaging non convenzionale nella...
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Applicazioni del Neuroimaging non
Convenzionale nella Risonanza Magnetica
ad Alti Campi
Silvia Marino
IRCCS Centro Neurolesi “Bonino-Pulejo”
Messina
Laboratorio
Neurobioimmagini
Risonanza Magnetica ad Alti Campi
La Risonanza Magnetica (RM) ad alti campi, originariamente
è stata sviluppata nel framework della spettoscopia e degli
studi funzionali.
Oggi è diventata un importante tool, sia nella pratica clinica
più avanzata, che nella ricerca.più avanzata, che nella ricerca.
La RM ad alti campi consente un migliore rapporto
segnale/rumore e quindi una migliore risoluzione spaziale in
un tempo di acquisizione più breve, contribuendo, così, ad una
più elevata qualità delle immagini.
Risonanza Magnetica ad Alti Campi
Alta risoluzione spaziale: consente in generale di ottenere
informazioni anatomo-strutturali di risoluzione spaziale dell'ordine
dei decimi di millimetro con tempi inferiori od equivalenti a quelli
necessari per esame ordinario millimetrico a campo basso e medio
(fino 1.5 Tesla).
Alta risoluzione spettroscopica: le informazioni metaboliche
prodotte a 3 Tesla possono essere estremamente dettagliate ed esiste prodotte a 3 Tesla possono essere estremamente dettagliate ed esiste
la possibilità non solo di produrre mappe metaboliche ad alta
risoluzione spaziale, ma anche di assicurare una separazione
spettrale di nuove componenti metaboliche difficilmente dissociabili
a campi inferiori.
Incremento delle informazioni funzionali: la Risonanza Magnetica
Funzionale (fMRI) è quella che può ottenere i vantaggi più evidenti
da un 3 Tesla. Per avere un'idea quantitativa del miglioramento dei
risultati fMRI basti considerare che il segnale fMRI cresce con una
funzione che tende al quadratico.
RM Spettroscopica
La RM spettroscopica è una tecnica non invasiva
che può essere utilizzata per misurare le
concentrazioni di differenti composti chimici a
basso peso molecolare. La tecnica è basata sugli basso peso molecolare. La tecnica è basata sugli
stessi principi fisici della RM standard: la
differenza sta nel differente uso di frequenza, fase
e ampiezza di segnale.
NAA
Colorazione immunoistochimica
1H-RMSI: N-acetilaspartato
From Coyle, JT. et al., 1989
NAAmarker di integrità
neuronale
NAA diminuisce in seguito a danno e perdita assonale, atrofia e
disfunzioni metaboliche e assonali potenzialmente reversibili
La colina visibile alla
RM rappresenta una
combinazione di
colina libera, fosforil-
colina, gliceril-
Sphingomyelin
Methyl group donor
Neurotransmitter
Structural membrane
phospholipids
Phosphatidylcholine
Blusztajn JK Science 1998
1H-RMSI : Colina
colina, gliceril-
fosforil-colina, e forse
taurina e betaina
Platelet-activating factor
Sphingosylphosphorylcholine
BetaineCHOLINE
Acetylcholine
Neurotransmitter
Signaling phospholipids
L’aumento della colina è stato trovato nella demielinizzazione
acuta, infiammazione e turnover di membrana
Pyruvat e
Glucose Glycogen
PDH
Blood O2
DCA
Cyt osol
Lactate
1H-RMSI : Lattato
T CA
NADH2 & FADH2 O2 H2 O
Acetyl CoA + CO2
ETC
Mit ochondria ATP
L’intensità di risonanza del lattato (al di sotto dei limiti di ritrovamento nei
cervelli normali) origina dal tessuto intra and extracellulare. L’aumento del
lattato può riflettere un’alterazione del metabolismo ossidativo o infiltrazione di
macrofagi e cellule infiammatorie
RM di Diffusione
La RM di diffusione (DWI) studia la diffusività
delle molecole di acqua, attraverso il loro
movimento microscopico e random (movimento
Browniano), indotto dall’energia termica.Browniano), indotto dall’energia termica.
La MR è la sola tecnica di imaging capace di
osservare, in maniera non invasiva, il processo di
diffusione in vivo.
RM di Diffusione
La misura MR del movimento Browniano delle molecole di acqua,
può essere applicato a differenti, crescenti livelli complessi:
- DWI
- DTI: permette di misurare la diffusione nelle tre direzioni
spaziali e l'anisotropia all'interno del singolo voxel. Questo
permette il tracciamento di mappe delle direzioni delle fibre del permette il tracciamento di mappe delle direzioni delle fibre del
cervello per esaminare le connessioni anatomiche tra le varie aree
(usando la trattografia), oppure esaminare le alterazioni indotte da
malattie
- Mappe ADC: indici di misura della diffusione molecolare che
riflettono la presenza di restrizioni, come viscosità e barriere
spaziali. Le alterazioni nei valori di ADC sembrano avvenire prima
che i cambiamenti morfologici diventino apparenti, giocando un
ruolo importante nella caratterizzazione del tessuto in vivo (come
nei tumori) e nel monitoraggio di risposta al trattamento.
Trattografia
Le tecniche standard di MR provvedono ad una accurata
rappresentazione dell’anatomia macroscopica del cervello, ma non
forniscono dettagliate informazioni sulla sostanza bianca. Invece,
la DTI e la trattografia aggiungono informazioni sulla sua
organizzazione miscroscopica e rendono possibile la ricostruzione organizzazione miscroscopica e rendono possibile la ricostruzione
dei tratti assonali utilizzando la DWI.
La trattografia, al momento, è la sola metodica che consenta uno
studio 3D, non invsivo, dell’architettura assonale in vivo.
RM Funzionale
� L’fMRI permette di visualizzare su una scala temporale
estremamente fine le variazioni dell’ossigenazione delle
regioni corticali, variazioni che si considera siano in stretta
relazione con il grado di attività delle regioni stesse.relazione con il grado di attività delle regioni stesse.
� Si sfruttano a questo scopo le proprietà magnetiche di cui
gode l’emoglobina, che differiscono leggermente a seconda
che questa sia legata o meno all’ossigeno.
Risonanza Magnetica Funzionale
� Uno stimolo sensoriale, motorio o cognitivo produce un
aumento localizzato dell’attività neuronale. Ciò produce una
locale vasodilatazione che genera, a sua volta, un rapido
aumento del volume sanguigno causato o dalla produzione di
metaboliti aventi proprietà vasodilatatorie o, piùmetaboliti aventi proprietà vasodilatatorie o, piùprobabilmente, da un effetto diretto sui vasi sanguigni locali.
Trauma Cranico
Le informazioni fornite dal neuroimaging convenzionale, hanno, talvolta,
importanza limitata. Infatti, la RM è altamente sensibile per focalizzare
la sede delle lesioni traumatiche, ma le correlazioni tra parametri di RM,
e i dati clinici, non sono pienamente soddisfacenti.e i dati clinici, non sono pienamente soddisfacenti.
Però, l’utilizzo di nuove metodiche, soprattutto se associate ad un alto
campo magnetico, possono fornire informazioni importanti anche
sull’outcome di questi pazienti.
Stroke
La classificazione in TIA, RIND (reversible ischaemic neurological deficit),
progressive e completed stroke, è utile, sia dal punto di vista clinico che
di imaging, a causa della durata dell’ipoperfusione parenchimale.
Nel TIA, l’imaging standard, non è capace di individuare le aree ipoperfuse. Nel TIA, l’imaging standard, non è capace di individuare le aree ipoperfuse.
Invece, il distress cellulare causato da un evento cerebrovascolare, può
essere visualizzato, in queste fasi, dalla DWI e dalla MRSI.
In caso di ischemia di più lunga durata, dove il parenchima risulta
coinvolto e compromesso, anche l’imaging standard può essere utile.
Stroke
L’area ipoperfusa risulta maggiore
nella DWI che nella PWI.
Studio combinato DWI-PWI: se le due tecniche sono
combinate insieme, si possono ottenere più
informazioni, specialmente nel predire l’evoluzione
clinica e l’outcome.
Stroke
A. Vast right parietal-occipital
ischaemic stroke in the
hyperacute phase.
B. Marked hyperintesity of the
infarcted area in DWI.
C. Right parietal-occipital signal
hyperintensity in PWI.
D. Single voxel MRS shows
marked reduction in NAA, Cho e
Cr peaks, and Lac peak.
White Matter Diseases
La MR convenzionale, soprattutto nel campo di patologie della sostanza
bianca, quali la Sclerosi Multipla (T1, T2, FLAIR), risulta essere utile
per produrre informazioni sulla diagnosi e sulla evoluzione della
patologia, oltre che un ottimo mezzo per monitorare la risposta alla patologia, oltre che un ottimo mezzo per monitorare la risposta alla
terapia.
Invece, per quanto riguarda l’outcome, le tecniche di imaging non
convenzionale, sono di maggiore utilità.
Malattia di Parkinson
La diagnosi della Malattia di Parkinson e dei Parkinsonismi è
principalmente clinica.
La RM, se eseguita all'esordio della malattia, ha essenzialmente lo scopo di
escludere la presenza di alterazioni secondarie che possano essere escludere la presenza di alterazioni secondarie che possano essere
responsabili di parte o dell’intera sintomatologia.
Malattia di Alzheimer
La Malattia di Alzheimer si caratterizza per dei cambiamenti biochimici
che avvengono prima rispetto alle alterazioni istologiche e
macroscopiche, precedendo i sintomi clinici.
La perdita neuronale che caratterizza questa patologia è più prominente
nella corteccia entorinale, nell’ippocampo e nell’amigadala, che
presentano quadri più o meno diffusi di atrofia.
Neoplasie cerebrali
La RM è la metodica di scelta pe l’assessment non invasivo nel sospetto di
tumori intracranici, anche se ha una sua limitata sensitività e specificità.
Le metodiche, quali la MRSI e la DWI, offrono importanti spunti per una Le metodiche, quali la MRSI e la DWI, offrono importanti spunti per una
più corretta diagnosi differenziale.
Utilizzo dell’fMRI come tool pre-chirurgico per la
mapping brain function (MBF)
Il goal della moderna neurochirurgia è quello di effettuare interventi il più
conservativi possibili, preservando, importanti funzioni cerebrali.
Con questo scopo, è importante supportare il chirurgo con tutte le Con questo scopo, è importante supportare il chirurgo con tutte le
informazioni ottenibili dall’imaging, nell’identificazione delle zone
cerebrali da preservare, ove possibile, prima dell’intervento
neurochirurgico.
fMRI e MBF
An example of 3D
reconstruction. reconstruction.
Activation maps are
superimposed on the
high quality volumetric
acquisition.
Conclusioni
La RM ad alto campo può essere considerata una piattaforma per nuovi applicativi
diagnostici o per un miglioramento sostanziale degli esistenti.
L’alta risoluzione spaziale ha permesso di poter ottenere immagini qualitativamente
migliori di quelle ottenute con scanner 1.5 T.
L’alta risoluzione ha notevolmente migliorato la pratica clinica, permettendo ridotti
tempi di acquisizione, riducendo, così, la durata dell’esame stesso.
Sia le tecniche standard che quelle più innovative, hanno avuto notevoli miglioramenti,
portando, così, ad una migliore diagnostica e valutazione prognostica dei pazienti.