ev i

Report
Obrazowanie tensora dyfuzji
• Zastosowana szczególna technika obrazowania z
gradientami zarówno wzdłuż głównych osi ale także w
osiach pośrednich (xy, zx, zy) oraz matematyka
związana z tensorem dyfuzji pozwala na obliczenie nie
tylko współczynnika dyfuzji (ADC) względem osi
współrzędnych aparatu, ale umożliwia dokładne
określenie kierunku w którym restrykcja dyfuzji jest
najmniejsza (a zatem największa wartość ADC w
każdym wokselu tkanki.
• Traktografia
 Dxx Dxy Dxz 


D   Dyx Dyy Dyz 


D D D 
 zx zy zz 
Ponieważ tensor dyfuzji jest symetryczny wystarczy 6 pomiarów
(plus dodatkowy 7-my pomiar bez gradientów dyfuzyjnych)
 D xx Dxy Dxz 


 D yy Dyz 


D zz 

tzw. składniki diagonalne pozadiagonalne (off-diagonal) tensora.
„Diagonalizacja” tensora dyfuzji
• Formalizm tensorowy pozwala na wyznaczenie głównej wartości
dyfuzji („wartość własna” czyli tzw. eigenvalue tensora) z
jednoczesnym określeniem jej kierunku („kierunek” wektora
własnego, czyli tzw. eigenvector)
• Są to wartości spełniające następującą równość:
D evi   i evi
evi  0
• Gdzie D (tensor), i = wartość własna, evi = wektor własny
 Ax 
 
 Ay 
 
 Az 
D evi   i evi
evi  0
( D  i I ) evi  0
det(D  i I )  0
• Gdzie D (tensor), i = wartość własna, evi = wektor
własny
• Diagonalizacja tensora:
D evi   i evi
• pary eigenvalues i eigenvectors: [1v1][ 2v2] [3v3]),
największa(e) spośród wartości własnych wyznaczają najsilniejszą
dyfuzję i jej kierunek (określony przez odpowiedni wektor
własny).
ev1λ1
D D D 
 xx xy xz 
D   Dyx Dyy Dyz 


D D D 
 zx zy zz 
ev3λ3
 1 0 0 


D   0 2 0 
0 0  
3

ev2λ2
A
B
C
D
1
2
3
4
5
Y
Z
F ig. 1 . A xia l D W M R im a ge s
Y
Z
• Ślad tensora dyfuzji (trace) Tr(D) = D11 + D22 +D33 (typowo w
postaci „uśrednionej” Tr(D)/3) jest dobrą ogólną miarą dyfuzji w
danym wokselu (podobnie jak skalarny ADC).
• Jest on niezmienniczy w rotacji i można go również „mapować”
i przedstawiać w postaci obrazka.
• Stwierdzono m.in. że ślad tensora jest lepszy w wykazywaniu
obszaru zawału mózgu niż używanie i pokazywanie
poszczególnych składowych dyfuzji.
Tr ( D)  DXX  DYY  DZZ
D  Tr ( D) / 3  ( DXX  DYY  DZZ ) / 3 
 (1  2  3 ) / 3  
•
D   oznaczają odpowiednie średnie wartości
•
• Basser i Jones proponują zamiast „trace-ADC”, „mean trace”
etc używać nazwy - „bulk mean diffusivity”
„Fiber tracking”:
mapowanie przebiegu (orientacji)
pęczków włókien nerwowych („dróg”)
• W 1991 Douek, Turner i wsp zaproponowali śledzenie
przebiegu dróg nerwowych (pęczków włókien) za pomocą
użycia NMR-DI (J Comp Assist Tomogr 1991; 15:923-929)
• Zakłada się, że przebieg pęczków włókien jest
współliniowy z kierunkiem eigenwektora odpowiadającego
największej wartości dyfuzji (największa eigenvalue tensora
dyfuzji w wokselu)
• W niektórych schorzeniach można stwierdzić
nieprawidłowe „połączenia” przy braku innych patologii w
obrazowaniu mózgu.
„Fiber tracking”
ev1λ1
ev3λ3
ev2λ2
Obrazowania czynnościowe
fMRI
fMRJ TECHNIKA „BOLD”
(blood oxygenation level dependent)
Seiji Ogawa w 1990
OksyHb jest diamagnetykiem,
DeoksyHb jest paramagnetykiem i powoduje
szybszy zanik FID.
Aktywacja kory powoduje:
1) początkowo (3-6 sek.) silną deoksygenację
hemoglobiny.
2) następnie wzrost przepływu krwi powoduje
że krew żylna jest mniej odtlenowana (czyli
bogatsza w oksyhemoglobinę) i stąd sygnał
jest silniejszy!
Na wpływ Hb czuły jest przede wszystkim czas T2
fMRJ
Aktywacja kory skroniowej poprzez bierne słuchanie
Aktywne słuchanie modulowanych dźwięków powoduje aktywację innych okolic
Spektroskopia zlokalizowanaobraz rozkładu metabolitów
• Otoczenie chemiczne zmienia częstotliwość
rezonansową jąder wodoru (jest to tzw. przesunięcie
chemiczne –chemical shift)
• Przesunięcie chemiczne (Chemical Shift) () jest
wartością względną (względem substancji wzorcowej) i
wyrażony w ppm
• Substancja wzorcowa: ((CH3)4Si) tetrametylosilan
• Innym jądrem wykorzystywanym w spektroskopii NMR
jest 31P
• Teoretycznie można wykorzystać także 13C, 15N, 17O.
Spektrum 1H MRJ
normalnego mózgu 1,5 T
• NAA = N-acetyl-aspartate, Cr = (fosfo)creatynina, Ch – związki z
choliną,
• Lac = mleczan+tauryna, Gln = glutamina, Glu = glutaminian
• mI = myoinozytol lub kwasy tłuszczowe
obniżenie N-acelytoasparaginianu oraz podwyższony sygnał w
zakresie 0,8-1,8 ppm co odpowiada mleczanom i wolnym
lipidom (L>P)
Techniki izotopowe
obrazowania czynnościowego
1. SPECT (Single photon emission computed
tomography).
- radioizotop technet Tc-99m emituje
pojedynczy foton pr. gamma o energii 140KeV
i ma half-life ok. 6 godz.
- Foton rejestrowany jest przez tzw Gamma
kamerę z kolimatorem ołowiowym, (separacja
promieniowania z różnych punktów ciała - tzw
kamera Anger’a)
2.
PET (positron emission tomography):
- różne związki z „podstawionym” krótkotrwałym izotopem z
rozpadem , przy którym następuje emisja pozytonu.
- izotopy: 15O, 11C, 18F.
- Pozyton ulega anihilacji napotykając elektron a wyzwolone
fotony energii rozchodzą się w przeciwnych kierunkach pod
kątem 180o.
- Gammadetektory lokalizują miejsce anihilacji z dokładnością
do kilku milimetrów.
Przykładowe zastosowania
PET:
Utylizacja glukozy przy pomocy 18F-2-deoksyglukozy (18Flabeled 2-DG)
Przepływ oceniany jest za pomocą wody znakowanej 15O
(H215O)
Zużycie tlenu przez podawanie do oddychania 15O
Dystrybucja różnych molekuł wykrywanych poprzez
zastosowanie znakowanych izotopami związków
chemicznych (np. ligandów) swoiście łączących się z
tymi molekułami
Kombinacja PET + MRI (CT)
PET
Utylizacja glukozy przy pomocy 18F-2-deoksyglukozy
(18F-labeled 2-DG)
• Jeśli zbadamy tą samą aktywację
poprzez podanie H215O i
określenie przepływu
mózgowego okaże się, że
wzmożenie przepływu pokryje się
z akumulacją 18F-2-D
Badania przy pomocy PET z jednoczesnym
obserwowaniem Local Cerebral Metabolic Rate dla
tlenu (konsumpcja tlenu), oraz dla glukozy a także
przepływu krwi pozwoliły na ocenę ich wzajemnych
relacji.
Stwierdzono, że w ludzkim mózgu te trzy parametry
metaboliczne są ze sobą związane (czyli wzrastają
jednocześnie i proporcjonalnie w czasie aktywacji
mózgu) ale w różnych okolicach stopień korelacji
może być różny!
„Rozprzęgnięcie” („uncoupling”)
(LCBF / LCMRglu)
i
LCMRO2
W pierwotnej korze wzrokowej stymulacja wzrokowa
powoduje wzrost LCBF i LCMRglu o 30-40%
wzrost LCMRO2 wynosi jedynie 6%.
Oznacza to użycie glikolizy bardziej niż cyklu Krebsa w
dostarczeniu zwiększonej ilości energii.
W takich przypadkach następuje wzrost mleczanu
(spektroskopia MRJ),
Ogólny wniosek :
Mózg w sytuacji zwiększonego zapotrzebowania na energię
używa przede wszystkim glikolizy a później oksydatywnej
fosforylacji.
PET w ALS: GABAA ligand
[11C]flumazenil
Ograniczenia PET
• Nietrwałe izotopy (fluor F18, ok. 2godz okr
półtrwania)
• Konieczność rekalibracji związana z
rozpadem izotopu
• Konieczność cyklotronu jeśli chce się
produkować dowolne markery
• Ew Rubid-Rb82 (t1/2 = 76
sek.)generowany ze strontu (Sr82)

similar documents