A funkcionális MR vizsgálatok új diagnosztikai lehetőségei 3 Teslás készülék segítségével

Átírás

1 A funkcionális MR vizsgálatok új diagnosztikai lehetőségei 3 Teslás készülék segítségével Dr. Martos János, Országos Klinikai Idegtudományi Intézet, Miskolci Egyetem, Kiss Máté, SE Szentágothai János Idegtudományi Doktori Iskola Az elmúlt évek technikai fejlődéseinek köszönhetően az MR vizsgálatoknak meghatározó szerepe van a különböző neurológiai kórképek kimutatásában és differenciál diagnosztikájában. A 3 Teslás készülékek elterjedésével párhuzamosan köszönhetően az így mérhető nagyobb jelnek megemelkedett a funkcionális mágneses rezonancia képalkotó (fmri) vizsgálatok száma, így napjainkban elsődleges szerepe van mind a klinikai vizsgálatok, mind a kutatás terén. A legújabb perfúziós technikák segítségével nagymértékben javítható a konvencionális fmri vizsgálatok során kapott eredmény, jelentősen lecsökkentve ezzel a fals pozitív eredményeket. In recent years 3T MRI has become more and more common in the clinical practice to detect and differen - tiate the different disorders of the central nervous system. The number of the functional MRI examinations was increased in the last decade and it plays a significant role in the clinical routines and researches. The newest perfusion techniques help to optimize the fmri results. The purpose of this article is to review the advantage of 3T MRIs across some clinical example. BEVEZETÉS Az elmúlt évtizedben a mágneses rezonancia (MR) képalkotás hatalmas fejlődésen ment keresztül, mára pedig meghatározó szerepet tölt be a központi idegrendszer betegségeinek differenciál diagnosztikájában [1, 2]. Az MR képalkotás speciális szekvenciáinak és feldolgozási módszereinek segítségével a struktúrák morfológiai ábrázolása tovább finomodott, valamint a különféle funkcionális és molekuláris vizsgálatok is új módszerekkel gazdagodtak. Számos olyan új technika jelent meg (pl. diffúziós tenzor képalkotás DTI, szuszceptibilitás-súlyozott képalkotás SWI, arterial spin labeling ASL, BOLD funkcionális MR fmri, multiband fmri), melyek eddig nehezen, vagy egyáltalán nem elérhető jellemzők vizsgálatát tették lehetővé. Az SWI szekvenciákkal az apró vérzések kimutatása mellett a venulák rajzolata és a különféle léziók mikrostruktúrája is elemezhető. Az MR angiográfiás eljárásokkal pontosan ábrázolhatók az erek, sőt mérhetők a véráramlás paraméterei. A perfúziós vizsgálatokra több módszer is rendelkezésre áll. A hagyományos, kontrasztanyagos MR perfúziós módszerek (Dynamic Contrast Enhancement DCE, Dynamic Susceptbility Contrast DSC) alkalmazásánál kontrasztanyag adása után figyeljük a jelváltozást, majd különböző paramétertérképek segítségével határozzuk meg az adott területen átáramló vér mennyiségét, sebességét, továbbá az átlagos áthaladási időt [3]. Az ASL hatalmas előnye, hogy nincs szükség kontrasztanyag adására. Ebben az esetben a vér jelölésére egy rádiófrekvenciás pulzust alkalmazunk a nyaki szakaszon. A vér megjelölt spinjei a vérárammal a vizsgálandó területre érnek, ahol megfelelő szekvenciával detektálhatók, meghatározhatók a perfúzió paraméterei, továbbá az erekben az átáramló vér kvantitatív mérésére is van lehetőség. [4]. A 90-es évek elejétől lehetővé vált a vér oxigén szint változásának kimutatása (Blood-Oxygenation Level Dependent BOLD MR) is, melynek segítségével a kortikális aktivitásváltozások követhetők, megadva ezzel a lehetőséget az agy funkcionális feltérképezésére. Mindezek jelentős szerepet játszanak a különböző idegrendszeri betegségek (agytumorok, epilepszia, stroke stb.) kimutatásában és differenciál diagnosztikájában [3, 4]. Hatalmas előrelépést jelentett a 3 Teslás készülékek megjelenése, melyek száma az elmúlt évtizedben ugrászszerűen megnőtt. Ugyan léteznek 7, sőt 9-10 Teslás MR készülékek is, de jelenleg a 3 Tesla a legnagyobb térerő, mely mellett a meglehetősen szigorú biztonsági feltételek is megoldhatók ahhoz, hogy a klinikai gyakorlatban általánosan bevezethető legyen. A nagyobb térerejű berendezéseknek összevetve a kisebb térerejű készülékekkel a neurológiai vizsgálatokon túl kiemelkedő szerepük van a cardio-vascularis, idegrendszeri, muszkolo-szkeletális, valamint gasztro-enterológiai vizs gálatoknál is [5, 6, 7]. A közleményünkkel az intézetünkbe nemrég telepített 3 Teslás MR berendezéssel végzett funkcionális MR vizsgálatokkal szerzett első tapasztalatokról szeretnénk beszámolni, és bemutatni a nagy térerejű MR előnyeit a korábbi 1,5 Teslás MR-hez képest. MÓDSZEREK A korábbi vizsgálataink Siemens Magnetom Symphony típusú 1,5 Teslás MR készülékkel készültek. A 3 Teslás bemutatott vizsgálatokat Siemens Magnetom Verio típusú MRrel végeztük. A funkcionális MR paradigmáit Nordic Neuro Lab rendszerével vezéreltük. A mért eredményeket a Siemens Syngo Via munkaállomáson dolgoztuk fel, de kipróbáltuk a Statistical Parametric Mapping és a CONN toolbox programjait is. A funkcionális vizsgálatokat a BOLD technikával végeztük, de kipróbáltuk az ASL szekvenciát is. A leggyakrabban használt paradigmák az aktív és passzív ujjmozgatás, folya- 53

2 matos beszéd, szógenerálás és képmegnevezés voltak, de kipróbáltuk a vizuális stimulációkat is. EREDMÉNYEK A 3 Teslán elérhető nagyobb jel/zaj (Signal to Noise Ratio SNR) aránynak, valamint az általa nyújtott gyors és nagy felbontású méréseknek köszönhetően sokkal pontosabban karakterizálhatóak az anatómiai viszonyok és a patológiás elváltozások (1. ábra). 1. ábra 1.5 (a.) és 3 Teslán (b.) készült, T2 súlyozott agyi felvételek Az említett előnyök mellett köztudott, hogy nagyobb térerőn sokkal nagyobb jelentőséget kell tulajdonítani a nagy abszorpciós rátának (Specific Absorption Rate SAR), a megnövekedett B0 és B1 artefaktumoknak és a felerősödött szusz- ceptibilitási műtermékeknek. Szintén jól ismert és kezelt probléma a T1 súlyozott spin-echó felvételeken észlehető szürke, és fehérállomány közötti kontraszt eltűnése [8, 9]. Ez a jelenség leginkább akkor a legszembetűnőbb, ha összevetjük a méréseket egy 1,5 Teslás MR felvételeivel (2. ábra). Az említett problémák ellenére a nagy térerejű MR készülékeket egyre szélesebb körben alkalmazzák a klinikai rutin vizsgálatok során. Különösen igaz ez a funkcionális MR vizsgálatokra, melyek iránti igény az elmúlt években jelentősen megemelkedett, ugyanis non-invazív vizsgálómódszerként megállapítja és prognosztizálja az adott neurológiai kórképet, valamint feltérképezi a műtéthez szükséges elokvens területeket (pl. motoros-, nyelvi-, vagy memóriáért fontos területeket). A nagyobb térerőn elérhető kontraszt/zaj arány (Contrast to Noise Ratio CNR) mellett kifejezetten nagy előnyt jelentenek a gyors EPI (Echo Planar Imaging) képalkotáson alapuló szekvenciák, melyek segítségével jobb térbeli, és időbeli felbontás érhető el. A legújabb ún. multiband (többsávos) technika segítségével pedig jelentősen redukálható a repetíciós idő, így az időbeli felbontás tovább javítható [10]. A 3 Teslán használt fmri méréseknek leggyakrabban az alábbi esetekben van relevanciája: - Műtét előtti tervezés az elokvens területek feltérképezésével - Resting-state fmri a mérés során kapott adatok felhasználásával konnektivitási térkép készítése - Rehabilitáció hatékonyságának felmérése (pl. stroke esetén) - Eplipeszia, hippocampus feltérképezés stb. a. a. b. 2. ábra 1.5 (a), és 3 Teslás (b) készüléken, T1 súlyozott spin-echó szekvenciával készült koponya felvételek. A kisebb térerőn látható szürke és fehérállomány közötti kontraszt a nagyobb térerőn eltűnik. b. 3. ábra Az elsődleges motoros központ feltérképezése ujjmozgatásos fmri vizsgálat segítségével low-grade glioma (a) és cavernoma (b) esetében. Mindkét páciensnél a gyrus precentralisnak megfelelően látható szignifikáns aktivitásfokozódás. 54

3 Az fmri mérések túlnyomó többségét a preoperatív vizsgálatok adják, ahol egy adott elváltozás (pl. daganat, érmalformatio stb.) műtéti eltávolításának pontos megtervezése a cél (3. ábra). E vizsgálatok fő szempontja az, hogy az idegsebész átfogó képet kapjon arról, hogyan tervezze meg a műtétet, mely területek érintése jelenti a legnagyobb kockázatot (3. ábra). A 3 Teslás készülékeken végzett fmri-k előnye a kisebb térerőhöz képest az aktivitás hatására bekövetkező nagyobb és kiterjedtebb jel (4. ábra). c. d. 5. ábra Az elsődleges mozgató, és látóközpontot feltérképező fmri vizsgálat 12 (a, c), és 32 csatornás (b, d) koponyatekercsek alkalmazásával. A nagyobb elemszámú tekercs esetén az mért jel nagysága és kiterjedése jelentősebb. További előnyt jelenthet, a nagyobb elemszámú rádiófrekvenciás vevőtekercsek alkalmazása, melyről közismert, hogy segítségével a cortex területén jelentősen nagyobb a mért jel nagysága (5. ábra) [11]. Az elmúlt években egyre nagyobb szerepe van a nyugalmi (resting-state RS) fmri vizsgálatoknak [12, 13]. A vizsgálat során az alany nem hajt végre semmilyen kogni - tív, nyelvi, vagy motoros feladatot, csupán mozdulatlanul, relaxálva fekszik a mérés során. A resting-state fmri mérések esetén kis frekvenciájú (<0.1 Hz) BOLD jel fluktuáció mérhető. A különféle területeken mért jelek közötti korrelációk meghatározásával képet kaphatunk az agy bizonyos részeinek összeköttetéseiről, azok erősségéről, így tulajdonképpen lehetőség adódik az agyi hálózat feltérképezésére (6. ábra). Az RS-fMRI egyik leginkább kutatott területe az ún. agyi alaphálózat (Default Mode Network DMN) [14]. Az elemzések során kiderült, hogy egészséges alanyoknál a nyugalmi fázisban is kimutatható agyi aktivitás, melynek mértéke jelentősen csökken bizonyos kognitív feladatokban. A DMN-en kívül azonosításra került a szomatomotoros, vizuális, nyelvi, dorsalis figyelmi, ventralis figyelmi és frontoparietalis kontroll hálózat. E központok azonosítása után az c. d. 4. ábra 1.5 (a, b), és 3 Teslán (c, d) végzett fmri vizsgálat. A nyelvi területeknek megfelelően aktivitásfokozódás észlelhető, ami a nagyobb térerőn kiterjedtebben ábrázolódik. 6. ábra. Egy resting-state elemzés utáni kapcsolati-gyűrű, melyen a jobb oldali primer motoros központ és a vele kapcsolatban álló agyi struktúrák összeköttetéseit és annak erősségét láthatjuk. 55

4 elmúlt években az RS-fMRI a kutatások középpontjába került. Ennek tulajdonítható az a tény, hogy az adatok kiértékelésére számos matematikai-statisztikai eljárást dolgoztak ki [15], mint pl: - Seed-based (mag-terület) analízisen alapuló - Független komponens analízisen (Independent Component Analysis ICA) alapuló - Gráf elméleten alapuló - Klaszterezésen (Clustering) alapuló. Az elmúlt években a konvencionális BOLD fmri mellett, a nagy térerejű MR-eken számos új technika jelent meg (flow-sensitive alternating inversion recovery FAIR, vascular space occupancy VASO, arterial spin labeling ASL), melyek segítségével javítható és pontosabban karakterizálható a kiváltott aktivitás. Az ASL technika segítségével például a perfúzió változás követésével lehetséges a feladathoz kötött fmri vizsgálatok kivitelezése. Optimális szekvencia beállításokkal az ASL segítségével jelentősen csökkenthetők a BOLD fmri technikából adódó fals pozitív aktivitások, melyek döntő többsége a vénás rendszer oxigénváltozásából származik [16, 17]. A jelenleg is dinamikusan fejlődő MR mérések számos új lehetőséget biztosítanak eddig ismeretlen vagy kevésbé kutatott területek megismerésére (pl. valós idejű fmri, egyidejű fmri és EEG mérés), lehetőséget teremtve ezzel az emberi agy szerkezetének és funkciójának pontosabb megismerésére. ÖSSZEFOGLALÁS A 3 Teslás készülékek megjelenése és elterjedése az elmúlt évtized egyik legnagyobb jelentőségű fejlődését hozta a neurológiai képalkotó diagnosztikában. A nehézségek és számos műtermék ellenére a 3 Teslás készülékek jóval nagyobb mérhető jelet szolgáltatnak, így jelentősen megemelkedett a funkcionális vizsgálatok száma. Az fmri egyre nagyobb szerepet kap mind a klinikai vizsgálatok, mind a kutatás terén. A legújabb perfúziós technikák segítségével nagymértékben javítható a konvencionális fmri vizsgálatok során kapott eredmény, jelentősen lecsökkentve ezzel a fals pozitív eredményeket. IRODALOMJEGYZÉK [1] Pyatigorskaya N et al.: A review of the use of magnetic resonance imaging in Parkinsonʼs disease, Ther Adv Neurol. Disord, 2014, Vol. 7(4) doi: / [2] Ellingson BM et al.: Emerging techniques and technologies in brain tumor imaging, Neuro-Oncology, 16:vii12-vii doi: /neuonc/nou221. [3] Jahng GH et al.: Perfusion Magnetic Resonance Imaging: a comprehensive update on principles and techniques, Korean J Radio,l 15(5), Sep/Oct doi: /kjr [4] Petcharunpaisan S et al.: Arterial Spin labeling in neuroimaging, World J Radiol, 2010 October 28,2(10): doi: /wjr.v2.i [5] Ramnath RR: 3T MR imaging of the musculoskeletal system (Part II): clinical applications, Magn Reson Imaging Clin N Am, 2006;14(1): [6] Oshinski JN, Delfino JG, Sharma P, Gharib AM and Pettigrew RI: Cardiovascular magnetic resonance at 3.0T: Current state of the art, Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2010, 12:55. [7] Kapsalaki EZ, Rountas CD, and Fountas KN: The Role of 3 Tesla MRA in the Detection of Intracranial Aneurysms, DOI: /2012/ [8] Escher K, Shellock FG.: Evaluation of MRI artifacts at 3 Tesla for 38 commonly used cosmetics, Magn Reson Imaging, 2013 Jun; 31(5): [9] Schmitz BL, Grön G, Brausewetter F, Hoffmann MHK, and Aschoff AJ: Enhancing Gray-to-White Matter Contrast in 3T T1Spin-Echo Brain Scans by Optimizing Flip Angle, AJNR Am J Neuroradiol, 26: , September 2005 [10] Feinberg DA and Setsompop K: Ultra-fast MRI of the human brain with simultaneous multi-slice imaging, Journal of Magnetic Resonance, 229 (2013) doi: /j.jmr [11] Kaza E et al.: Comparison of a 32-Channel with a 12- Channel Head Coil: are there relevant improvements for Functional Imaging? Journal of Magnetic Resosnance Imaging, 34: (2011). [12] Friston KJ et al.: On nodes and modes in resting state fmri, Neuroimage, 2014 Oct 1; 99(100): doi: /j.neuroimage [13] Murphy K et al.: Resting-state fmri confounds and cleanup, Neuroimage, 2013 Oct 15; 80: doi: /j.neuroimage [14] Smith SM et al.: Correspondence of the brainʼs func - tional architecture during activation and rest, PNAS, August 4, 2009; vol. 106(31); doi: /pnas [15] Lee MH et al.: Resting-State fmri: A review of methods and clinical applications, AJNR Am J Neuroradiol, 34: Oct doi: /ajnr.A3263. [16] Zhu S et al.: Resting state brain function analysis using concurrent BOLD in ASL perfusion fmri, PLos ONE, 8(6): e doi: /journal.pone [17] Detre JA and Wang J: Technical aspects and utility of fmri using BOLD and ASL, Clinical Neurophysiology, 113 (2002)

5 A SZERZŐK BEMUTATÁSA Dr. Martos János osztályvezető főorvos, tanszékvezető főiskolai tanár ban végzett a SOTE Általános Orvostudományi Karán, 1987-ben villamosmérnöki diplomát szerzett a Bu - dapesti Műszaki Egyetemen, 1988-ban szakvizsgázott radiológiából, 2001-ben neuroradiológiából ben védte meg kandidátusi disszertációját. Jelen-leg az Országos Klinikai Idegtudományi Intézet Neuro radio - lógiai osztályának főorvosa, valamint a Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar Klinikai Radiológiai tanszékének vezetője. Kiss Máté PhD hallgató, 2007-ben végzett a Miskolci Egyetem Egész ség - ügyi Főiskolai Kar, OLKDA, Kép alko tó diagnosztikai analitika szakirány alapszakon ben okleveles egészségügyi mérnök diplomát szerzett a Bu - dapesti Műszaki és Gazdaság tudomá - nyi Egyetem Villamosmérnöki és Infor - matikai Karán óta Semmelweis Egyetem Szent - ágothai János Idegtudományi Doktori Iskola PhD hallgatója óta dolgozik a Borsod-Abaúj-Zemplén Megyei Kór - ház és Egyetemi Oktató Kórház, Képalkotó Diagnosztikai- Intervenciós Intézet MR laborjában radiográfusként óta részállásban dolgozik az Országos Klinikai Idegtudo - mányi Intézet MR laborjában. Újjászervezett Klinikai Központ a Semmelweis Egyetemen Elfogadta a szenátus a Semmelweis Egyetem újjászervezett Klinikai Központjának működési rendjét (SzMR), amely lehetővé teszi, hogy az eddigi gyakorlattól eltérően a klinikai rektorhelyettes legyen az operatív irányítója a betegellátás szervezésének. A szenátus elfogadta az egyetem 2015-ös kiegészített költségvetését, 400 millió forintos külön keretet biztosítva a klinikum gazdálkodási helyzetének javítására, annak érdekében, hogy a betegellátás hatékonysága növekedhessen. Idén először egyébként, még az év elején, egyensúlyi költségvetést készített az egyetem. A kormányzati szakmapolitikai döntésnek megfelelően ugyanis a büdzsé csak olyan bevételekre épülhet, melyek tartósan, kiszámíthatóan és hosszabb távon jelentkeznek az egyetem gazdálkodásában. A szemléletváltás célja egyebek mellett az volt, hogy ne legyen eleve túltervezve a költségvetés. A klinikák és intézetek többsége, megértve a helyzetet több lépést is tett a hatékonyabb működés érdekében, az egyetem likviditási helyzete a kormányzati és a belső intézkedések hatására számottevően javult, a lejárt szállítói állomány az év eleji összeg 30 százalékára csökkent, melynek döntő része 30 napon belüli esedékességű Forrás: Semmelweis Egyetem A teljes cikk a Semmelweis Egyetem Médiasarok oldalán olvasható: 57