Rezonanța Magnetică Nucleară

RMN este utilă în special pentru imagistica țesuturilor moi. Prin urmare, RMN permite vizualizarea de înaltă calitate a creierului cu evidențierea detaliilor anatomice și oferă o sensibilitate și specificitate crescută, comparativ cu alte tehnologii imagistice pentru multe tipuri de afecțiuni neurologice. RMN oferă de asemenea o flexibilitate semnificativă prin utilizarea de agenți de contrast și combinații de diferite tipuri de secvențe. [1]

Secvențierea este una dintre sarcinile principale în analiza imaginilor. În analiza RMN a creierului, secvențierea imaginilor este frecvent utilizată pentru măsurarea și vizualizarea structurilor anatomice ale creierului; analizarea modificărilor cerebrale; și delimitarea regiunilor patologice. [2]

Principiu de funcționare a rezonanței magnetice

RMN utilizează prezența cantitativă variabilă a atomilor de hidrogen din diferite țesuturi. Concret, atomii de hidrogen, care au propriul câmp magnetic bazat pe spin-ul propriu, sunt aliniați la un câmp magnetic puternic generat de aparatul RMN. Aparatul RMN generează ulterior un impuls/curent electromagnetic în tot corpul la o frecvență adecvată pentru a fi absorbit de atomii de hidrogen. Acest curent absorbit determină ca atomii de hidrogen să intre într-o stare de excitare, să-și modifice poziția față de câmpul magnetic. Atunci, când impulsul electromagnetic este oprit brusc, atomii de hidrogen au tendința să revie la poziția inițială și se realiniază cu câmpul magnetic. [1] Aceasta se întâmplă la rate diferite, în funcție de țesutul, deci de numărul cantitativi al atomilor de hidrogen prezenți. În revenirea la starea lor relaxată, astfel senzorii RMN detectează energia eliberată de protoni în momentul realinierii și o transformă în imagini, care poate fi utilizată cu scop de diagnostic.

Nucleele excitate își dau înapoi excesul de energie și revin la niveluri scăzute de energie prin două procese de relaxare, fie prin interacțiunea cu mediul (zăbrele), fie prin schimbul de energie cu nucleele vecine la niveluri de energie mai scăzute. Fostul proces se numește relaxare prin spin-lattice și se caracterizează printr-o constantă de timp, timpul de relaxare prin spin-lattice (T1), în timp ce ultimul proces, relaxarea spin-spin, este descris de o constantă de timp, relaxarea spin-spin (T2). Scala de timp a nucleelor ​​relaxante depinde în mare măsură de greutatea moleculară și de starea fizică (lichidă sau solidă) a compusului și, prin urmare, este critică pentru fiecare aplicație RMN. Mecanismele de relaxare implică câmpuri magnetice locale produse de mediul atomic și electronic al nucleului și modulate prin mișcarea moleculară. Dacă aceste câmpuri locale dobândesc frecvențe la sau în apropierea frecvenței nucleului Larmor, atunci ele sunt capabile să inducă relaxarea; prin urmare, timpii de relaxare sunt parametri valoroși pentru studierea dinamicii moleculare în soluție.

Contrastul tisular în RMN se poate baza pe următoarele:

  • Conținutul de apă / grăsimi / proteine
  • Compușii metabolici (de exemplu, colina, creatina, N-acetilaspartatul/NAA, lactatul)
  • Proprietățile magnetice ale moleculelor specifice (de exemplu, hemoglobina, dezoxihemoglobina)
  • Densitatea protonilor
  • Difuziunea apei
  • Perfuzia (fluxul sanguin capilar)

Revoluția tehnologică actuală a condus la apariția de noi metode de secvențiere prin rezonanță magnetică nucleară avansate, pe lângă metoda clasică, cum ar fi:

  • RMN Spectroscopia,
  • RMN DTI (diffusion tensor imaging) Tractografie
  • RMN perfuzie
  • f MRI rezonanţă magnetică nucleară funcțională
  • RMN SWI (susceptibility-weighted imaging). Ele au făcut din RMN un instrument important pentru evaluarea detaliată a creierului în diferite patologii, inclusiv în epilepsie.

Contraindicații

Din cauza câmpurilor magnetice puternice, metale sau dispozitive electronice (inclusiv telefonul mobil) nu trebuie să existe în camera de scanare, deoarece acestea pot crea un pericol de siguranță și pot provoca artefacte de imagine. De oarece există riscul creării artefactelor de mișcare sau răsucire, generarea căldurii sau a curentului, provocarea defecțiunilor dispozitivelor. În plus, elementele pot deveni proiectile sau să se blocheze în aparatul de RMN. [1]

Elementele contraindicate:

  • Corpuri străine de la traume, valve cardiace mecanice, implanturi chirurgicale, plăci, șuruburi, capse și cleme și proteze care conțin metal
  • Stimulatoare cardiace, implanturi cohleare, porturi pentru infuzia medicamentelor, pompe de insulină, electrozi pentru stimularea profundă cerebrală și alte dispozitive electrice
  • Implanturi metalice dentare
  • Accesorii cum ar fi chei, ochelari, piercing-uri, bijuterii, agrafe, ceasuri, portofele, insigne de identificare și pixuri
  • Rezervoare de oxigen, cărucioare, scaune și alte echipamente medicale


Rezonanța Magnetică Nucleară 1,5T

Rezonanța Magnetică Nucleară 3T

Examinarea prin Rezonanţa Magnetică cu puterea de 3 Tesla permite obținerea imaginilor întregului corp cel mai clar şi mai precis posibil, într-un timp redus considerabil şi cu o putere de rezoluție incomparabilă.

Datorită puterii câmpului magnetic şi a tehnologiilor avansate, investigarea prin Rezonanţa Magnetică 3T permite identificarea celor mai fine leziuni din corp, cu o dimensiune de chiar 2 mm, posibilitate nemai întilnită până în prezent. A devenit o modalitate indispensabilă în examenul imagistic neurologic. Cu ajutorul investigaţiei, pot fi depistate boli în stadii incipiente pe care alte aparate de imagistică medicală nu le-ar detecta, îndeosebi la nivelul creierului, al măduvei spinării, al coloanei vertebrale, al cartilajului articular, al ţesuturilor moi. Totodată, în anumite cazuri, RMN 3T permite diferenţierea afecţiunilor canceroase faţă de cele necanceroase din orice parte a corpului, indiferent de localizare.

RMN 3T permite efectuarea spectroscopiei, o investigaţie datorită căreia, la nivelul creierului, pot fi diferenţiate leziunile beningne de cele maligne, pot fi evaluate recidivele tumorale cerebrale, transformările ţesutului sănătos în ţesut malign, leziunile cerebrale provocate de un AVC sau de alte patologii inflamatorii, infecţioase sau demielinizante.

Datorită aplicaţiilor clinice inovative utilizate la IRM 3Tesla, poate fi diagnosticată şi tromboza venoasă cerebrală, pot fi determinate produsele de descompunere a sângelui şi pot fi vizualizate depozitele microscopice de Fier cu mult mai precis decât în cazul IRM convenţională.


RMN SWI T2 (susceptibility-weighted imaging) este o tehnică RMN, care este deosebit de sensibilă la compușii care distorsionează câmpul magnetic local și astfel îl fac util pentru detectarea produselor de descompunere a sângelui , a calciului, etc. SWI permite vizualizarea leziunilor subcorticale cu semnal scăzut mai bine decât secvențele standard, deoarece imaginile SWI accentuează efectul dat de hemosiderină, astfel reprezintă o secvențiere utilă în diagnosticul precoce a hemoragiei acute şi detectarea microhemoragiilor în leziunile cerebrale. De asemenea SWI permite evaluarea vascularizării venoase parenchimatoase a creierului.

SWI este o secvență 3D de mare rezoluție spațială cu secvență de echo gradient de corectare a vitezei de echilibru. Compușii care au proprietăți paramagnetice, diamagnetice și feromagnetice interacționează cu câmpul magnetic local, pe care îl distorsionează și astfel modifică faza țesutului local care, la rândul său, are ca rezultat pierderea semnalului.

Compușii paramagnetici includ deoxihemoglobina, feritina și hemosiderina.

Componentele diamagnetice includ mineralele osoase și calcificările distrofice.

Cu ajutorul filtrelor specifice din SWI, se poate distinge între calcificare (constituită în principal din fosfat de calciu, dar și conținând cantități foarte mici de cupru (Cu), mangan (Mn), zinc (Zn), magneziu (Mg) și fier (Fe) și produsele de descompunere a sîngelui, deoarece compușii diamagnetici și paramagnetici vor afecta faza diferit (adică hemoragia și calcificarea vor apărea cu intensitate opusă a semnalului)

Utilitate clinică în:

  • malformaţii vasculare: detectează cavernoame, angioame venoase (ce nu pot fi determinate prin arteriografie) şi malformaţii arteriovenoase, boala Sturge-Weber, telangiectazii;
  • traumatismele craniocerebrale: detectarea microhemoragiile și monitorizarea acestora; vizualizarea leziunilor axonale; detectarea hematoamelor intraperenchimatoase sau pericerebrale
  • accident vascular cerebral (stroke): localizarea AVC și a teritoriului vascular afectat, prin detectarea componentelor hemoragice din regiunile infarctizate (ischemie -hemoragie); în monitorizarea tratamentului trombolitic – pentru depistarea eventualelor transformări hemoragice post tromboliză.
  • tromboza venoasă cerebrală;
  • patologia tumorală: detectarea hemoragiilor intratumorale; delimitarea și caracterizarea tumorilor; evidențierea vaselor de drenaj.
  • encefalopatia hipertensivă evidenţiază microhemoragiile în stadiu cronic de la nivelul nucleilor bazali, trunchiului cerebral, emisferelor cerebeloase, corticale – nedecelabile cu secvenţele convenţionale RM;
  • angiopatia cerebrală amiloidă: detectează microhemoragiile în angiopatia amiloidă care poate precede demenţa vasculară.

Radiopedia.org

Sindromul Sturge - Weber la o fetiță de 5 ani. A, imaginea postcontrast T1-ponderată arată o hiperintensitate la nivelul leptomeningelui (vârful săgeții albe) și a venelor periventriculare (săgeată neagră). B, SWI prezintă hipointensitate extinsă de-a lungul girusului (vîrful de săgeată și săgeata punctată) datorită calcificării girusului. Vasele periventriculare anormale (săgeată) sunt prezentate mul mai detaliat, decât imaginea postcontrast T1 -ponderată (A). [3]

IRM Spectroscopia – reprezintă o tehnică analitică unică pentru determinarea informației metabolice în caracterizarea leziunilor cerebrale. Astfel putem diferenția leziunile tumorale de non-tumorale, recurenţele tumorale, transformările maligne, leziunile hipoxice sau ischemice, ajută la diferențierea patologiilor inflamatorii, infecțioase şi demielinizante.


RMN DTI (Diffusion Tensor Imaging) este o tehnică neuroimagistică de măsurare a difuziei anizotrope care permite vizualizare in vivo a tracturilor de substanță albă și localizarea modificărilor subtile asociate unor maladii precum: scleroză multiplă, epilepsie, schizofrenie, boala Alzheimer etc. DTI permite determinarea cantitativă a diferențelor de difuzie moleculară a apei la nivel celular, intravoxel și aduce informații importante privind organizarea geometrică și microstructurală a materiei albe.

Analiza DTI implică mai multe trepte: TR ADC (trace route), FA alb-negru, codare color FA și reconstrucția tridimensională (3D)- tractografie.

  • investighează tracturile neuronale şi conexiunile cu regiunile corticale şi subcorticale, pe care le transpune în imagini bi- şi tridimensionale;
  • este utilă în depistarea şi evaluarea AVC, a traumelor, a tumorilor şi a inflamațiilor (scleroză multiplă, scleroză laterală amiotrofică), a schizofreniei, a demenţei, a dizabilităţilor de citire și a malformaţiilor cerebrale.

Aplicații în:

TUMORI CEREBRALE:

  • permite delimitarea tumorilor și evaluarea țesutului peritumoral (infiltrație, devierea tracturilor, distrucția tracturilor);
  • prezintă potențial în distingerea gliomului de metastazele solitare;
  • utilă în stabilirea protocolului preoperator, a tratamentului radioterapeutic şi în evaluarea răspunsului la terapie.

BOlI DE DEMIELINIZARE (SCLEROZĂ MULTIPLĂ):

  • detectează precoce procesele de demielinizare (creștere a difuzivității și descreștere a valorilor FA);
  • servește la diagnoza și monitorizarea leziunilor;
  • detectează anormalitățile din substanța albă perilezională.

EPILEPSIE:

  • introducerea DTI în protocolul de examinare a crescut frecvența de identificare a substratului patologic al epilepsiei, deoarece evidențiază modificări nedetectabile în examinarea convențională RM.
  • DTI detectează modificări structurale subtile precum: scleroza hipocampală, scleroza mezială temporală și malformații în dezvoltarea corticală (MDC).
  • DTI ajută la definirea patologiei și la optimizarea planurilor preoperative.

DETECTAREA MALFORMAȚIILOR CEREBRALE;

MALADII NEURODEGENERATIVE (demența, CAA, Alzheimer);

ÎN PROCESE INFLAMATORII (encefalită, abces cerebral, etc.).

Difuzie Tensor Imaging

Difuzarea imaginii tensorului (DTI) permite colectarea informațiilor privind amploarea și direcția difuziei apei. Mapa aparentă a coeficientului de difuzie reprezintă magnitudinea difuziei într-un voxel dat. Harta de anizotropie fracționată (FA) reflectă tendința medie de direcție a difuziei într-un voxel dat.


FA este un raport cu un interval de 0 până la 1, cu 0 reprezentând o deviație direcțională și 1 reprezentând limita teoretică a tuturor difuziei în 1 direcție. În materia albă, difuzia este direcționalitatea determinată în primul rând de mielină și de membranele celulare ale axonilor. Astfel, prin evaluarea deviației direcționale a difuziei în voxele adiacente, se poate deduce calea tracturilor de materie albă.


În cadrul procesului de evaluare a intervenției chirurgicale a epilepsiei, DTI ajută la identificarea tracturilor potențial importante ale materiei albe cu implicații funcționale pentru a ajuta la rezecția chirurgiei epilepsiei. În plus, DTI poate fi de ajutor în detectarea gradului de implicare a materiei albe dincolo de zonele de schimbare a semnalului detectabil vizual. [18]

RMN funcțional

RMN funcțional evaluează fluxul sanguin cerebral prin examinarea diferenței dintre oxihemoglobina venoasă și deoxihemoglobina; aceasta se numește tehnica de contrast dependentă de nivelul de oxigen din sânge (BOLD). În timpul activării corticale, fluxul sanguin cerebral la cortexul elocvent crește focal ca răspuns la stimul, dar extracția oxigenului nu se schimbă prea mult. Acest lucru are ca rezultat o concentrație relativ crescută de oxihemoglobină și o concentrație relativ scăzută de deoxihemoglobină care drenează cortexul activat.


Deoxihemoglobina este paramagnetic; exercită efecte de susceptibilitate magnetică asupra țesutului local, care sunt detectate prin imagistica ponderată T2 ca intensitate redusă a semnalului. Oximemoglobina, pe de altă parte, este diamagnetică și are un efect redus asupra imaginilor ponderate T2.


Astfel, activarea corticală are ca rezultat o scădere relativă a intensității semnalului scăzut produsă de concentrația scăzută de deoxihemoglobină, ceea ce duce la o creștere relativă a semnalului în cortexul activ față de cortexul contiguat.


RMN funcțional a fost utilizat pentru a cartografia limbajul, funcția motorului și vârfurile intercalitare. De asemenea, poate fi utilă pentru localizarea convulsiilor și a fost utilizată cu succes pentru a cartografia convulsii parțiale simple. Cu toate acestea, capturarea convulsiilor cu fMRI este dificilă, deoarece convulsiile sunt imprevizibile și convulsiile parțiale complexe sunt de obicei asociate cu mișcări care ascund imaginea fMRI.


Un studiu realizat de Moeller și colaboratorii a susținut că EEG-fMRI poate contribui la delimitarea focalizării epileptice la pacienții cu epilepsie lobală frontală neoliberală. [31]


Tehnici noi RMN structural

Suprafața-bobină RMN și 3D de suprafață de randare poate crește randamentul în identificarea zonele focale de îngroșare corticală. Utilizarea bobinelor cu capăt multi-canal cu fază multiplă este preferată în comparație cu bobinele convenționale de cvadratură.


Alte tehnici, cum ar fi recuperarea inversă T1 și T2, pot, de asemenea, să crească sensibilitatea pentru a identifica malformațiile corticale subtile. Mai mult, IRM cu matrice cu fază 3T (PA) poate crește în continuare raportul semnal-zgomot de 6-8 ori, comparativ cu RMN-ul cu bobină de matrice non-fază 1.5T. Un studiu a constatat o detectare îmbunătățită a leziunii cu IRM PA 3T la pacienții cu epilepsie perturbabilă. [32]


Datele preliminare sugerează că hărțile preoperatorii 3D ale hipocampului pot ajuta la prezicerea rezultatelor chirurgicale. Cu toate acestea, sunt necesare studii viitoare pentru a determina dacă acest lucru va fi un predictor independent al rezultatului chirurgical.


În morfometria bazată pe voxel (VBM), o substanță gri creierului întreg, se face o comparație bazată pe voxel între pacient și grupul martor. O hartă a scorului z este apoi generată pentru pacient. Această metodă demonstrează o sensibilitate sporită în identificarea anomaliilor subtile de culoare gri și pentru identificarea unor zone suplimentare de anomalii ale aspectului gri la pacienții cu displazie corticală focală.


REFERINȚE

  1. Siemens AG. Hendrix, Alexander. Magnets, Spins, and Resonances: An Introduction to the Basics of Magnetic Resonance. Erlangen. 2003.
  2. Despotović I, Goossens B, Philips W. MRI segmentation of the human brain: challenges, methods, and applications. Comput Math Methods Med. 2015. 2015:450341. [Medline]
  3. Mittal S. , Z. Wu, J. Neelavalli and E.M. Haacke Susceptibility-Weighted Imaging: Technical Aspects and Clinical Applications, American Journal of Neuroradiology February 2009, 30 (2) 232-252