PMC
cum se efectuează testele de neuroimagistică și ce ne pot spune?
filmele simple ale craniului urmează același principiu ca razele x standard ale altor sisteme de organe (o singură sursă de radiații și un singur senzor sau film), dar au o utilitate limitată. Imaginile CT (Figura 1) sunt create prin achiziționarea în serie a razelor x într-un plan axial Rotativ. Ca și în cazul razelor x, diferite țesuturi ale corpului au proprietăți specifice de atenuare cu imagini CT; acest lucru face ca apa, grăsimea, osul și alte tipuri de țesuturi să apară diferit pe film sau pe senzorul digital. Cu cât atenuarea este mai mare, cu atât materialul va apărea mai ușor pe scanarea CT. Deoarece scanerele CT măsoară razele X seriale într-un plan axial, imaginile CT sunt de obicei prezentate în felii axiale (cu o rezoluție tipică în plan mai mică de 1 mm). Deși algoritmii de reconstrucție computațională pot prezenta imagini CT într-un plan sagital sau coronal, o astfel de manipulare a datelor pierde rezoluția spațială și detaliile.1
cap tomografie computerizată (CT) fără contrast
înainte CT obținute în cursul evaluării camera de urgenta. Această scanare a creierului a fost citită ca fiind în limite normale. În retrospectivă, se poate utiliza scanarea imagistică prin rezonanță magnetică ponderată T2 pentru a ghida căutarea și a identifica o zonă de hipoattenuare foarte ușoară în lobul frontal drept corespunzător tumorii.
Tehnologia CT poate fi îmbunătățită prin utilizarea unui material de contrast. Agenții de Contrast pentru CT sunt radiopaci și au o atenuare ridicată a razelor x; ele apar albe pe imaginile CT. Contrastul este de obicei injectat intravenos pentru a permite imagistica structurilor vasculare (de exemplu, angiografie CT) sau leziuni care perturbă bariera hemato-encefalică (de exemplu, secundar inflamației, sângerărilor, anumitor tumori). Agenții de contrast CT pot fi ionici sau neionici, deși aplicațiile neuroimagistice actuale se bazează aproape exclusiv pe utilizarea contrastelor neionice, deoarece au un profil de siguranță mai bun.2
tehnicile RMN nu utilizează radiații; în schimb, sunt utilizate proprietățile magnetice ale ionilor de hidrogen din organism. Un pacient din interiorul scanerului RMN se află sub influența unui magnet puternic în aplicațiile clinice standard, de obicei 1,5 sau 3 Tesla. Această forță magnetică aliniază o proporție semnificativă din atomii de hidrogen ai corpului în direcția câmpului magnetic. Un scurt impuls de radiofrecvență este apoi aplicat pentru a schimba și alinia greșit vectorii atomilor de hidrogen. Cu toate acestea, după terminarea pulsului, atomii de hidrogen revin la poziția lor inițială aliniată printr-un proces numit relaxare a protonilor care eliberează energie. În timpul unei scanări, se aplică mai multe impulsuri de radiofrecvență (secvență de impulsuri), iar bobinele receptorului electromagnetic măsoară energia emisă de protoni.3 variabile diferite determină procesul de relaxare a protonilor, care este responsabil pentru tipul de semnal pe care îl emite fiecare atom de hidrogen. Doi factori principali sunt relevanți pentru clinician: mediul în care se găsește atomul de hidrogen și secvența pulsului aplicată.
în timpul procesului de realiniere (relaxarea protonilor), atomii emit energie, dar aceasta variază în funcție de mediul fizic și chimic al atomului. Prin urmare, protonii vor trimite semnale diferite în funcție de tipul de țesut în care se găsesc (de exemplu, os, materie cenușie, materie albă, lichid cefalorahidian ). În plus față de tipul de țesut, parametrii din secvența pulsului RMN vor determina, de asemenea, proprietățile imaginilor văzute. Mecanismul de relaxare a protonilor are 2 constante de timp: T1 și T2. Aceste constante reflectă mecanisme fizice conexe, dar independente ale procesului de relaxare a protonilor: T1 explică relaxarea față de planul inițial aliniat cu câmpul magnetic, iar T2 explică relaxarea departe de planul forțat de pulsul de radiofrecvență. Componentele de relaxare T1 și T2 pot fi manipulate pentru a forța protonii să se realinieze în moduri care maximizează timpii T1 sau T2.4 aceste protocoale RMN diferite modifică procesul de relaxare a protonilor și semnalul emis; prin urmare, se formează diferite tipuri de imagini care evidențiază caracteristicile specifice ale structurii țesutului. Imaginile ponderate T1 (figura 2A) sunt prezente cu materia cenușie mai închisă decât materia albă (reflectând aspectul țesutului) și cu CSF cu aspect întunecat. Aceste imagini sunt ideale pentru a vizualiza structura normală a creierului, precum și atrofia patologică, displaziile corticale și scleroza. Imaginile T2 (figura 3a) prezintă un model opus scanărilor ponderate T1, materia cenușie fiind mai ușoară decât materia albă (opusă țesutului) și cu CSF luminos. Aceste imagini sunt mai sensibile la procesele patologice, cum ar fi modificările vasculare (inclusiv insultele microvasculare cronice), demielinizarea, inflamația generală și edemul.1
imaginea de rezonanță magnetică T1 (RMN) înainte (A) și după (B) injecție de contrast Gadoliniua
laaceastă imagine RMN ponderată T1 (A) prezintă anatomia în detaliu, iar tumora ca o leziune eterogenă și ușor hipointensă. Rețineți că, în comparație cu secvențele T2, T1 oferă o sensibilitate de detectare mai mică pentru această leziune. După injectarea de contrast cu gadoliniu, imaginea postcontrast (B) nu prezintă nicio îmbunătățire a gadoliniului, sugerând o barieră hematoencefalică intactă în acest moment.
T2 (a) și T2-fler (b) secvențe de imagini prin rezonanță magnetică
la această secvență de impulsuri identifică în mod clar tumora frontală dreaptă ca o leziune hiperintensă atât în T2 (a), cât și în T2-fler (B). Observați diferența de contrast dintre cele 2 imagini: odată ce semnalul hiperintens fluid este suprimat cu fler, leziunea crește contrastul.
abreviere: FLAIR = recuperarea inversată atenuată a fluidului.
imaginile ponderate T1 și T2 pot fi modificate pentru a crește rezoluția lor de diagnostic cu protocoale care suprimă surse specifice de semnal. De exemplu, se poate suprima semnalul hiperintens al CSF în imaginile ponderate T2 cu recuperarea inversată atenuată a fluidului sau secvența FLAIR (figura 3b). Prin urmare, aceste imagini T2 sunt prezente cu materie cenușie care apare ușor și cu materie albă mai închisă și oferă o valoare diagnostică ridicată pentru procesul patologic (cum ar fi inflamația, edemul sau ischemia). Cu toate acestea, LCR apare negru, deoarece semnalul său de obicei hiperintens este suprimat, iar acest lucru crește foarte mult contrastul și vizibilitatea leziunilor patologice, în special, dar nu exclusiv, în teritoriile în contact cu LCR (de exemplu, marginea corticală sau regiunile periventriculare). Cu o strategie similară, există diferite abordări RMN care suprimă grăsimile și sunt utilizate atunci când structurile care conțin grăsime ascund vizualizarea unei leziuni potențiale (de exemplu, grăsime perivasculară în jurul unui vas disecat sau tromb). Aceste abordări pot fi utilizate atât cu imagini ponderate T1, cât și T2.3tabelul 1 oferă un rezumat al prezentării vizuale a diferitelor secvențe RMN.
Tabelul 1.
aspectul vizual al secvențelor de imagini prin rezonanță magnetică (T1, T2, T2-fler)
| secvență | materie cenușie | materie albă | lichid cefalorahidian |
| T1 | gri închis (hypointense) | Gri deschis (hyperintense) | negru |
| T2 | Gri deschis (hiperintense) | Gri închis (hypointense) | Alb |
| T2-fler | Gri deschis (hyperintense) | Gri închis (hypointense) | negru |
abreviere: Flair=lichid atenuat recuperare inversat.
imagistica ponderată prin difuzie (DWI) este un tip distinct de metodă de achiziție RMN care măsoară mișcările moleculelor de apă din creier. O moleculă de apă dintr-un pahar de apă are cinetică izotropă, adică difuzează liber în toate direcțiile posibile. Moleculele de apă din creier nu difuzează aleatoriu; mișcarea lor este limitată de constrângerile anatomiei cerebrale și ale structurii histologice. Imagistica ponderată prin difuzie este capabilă să măsoare difuzivitatea apei în fiecare voxel definit (sau element de volum) din creier și cu cât anizotropia este mai mare (adică difuzivitatea limitată), cu atât apare voxelul mai hiperintens. Această abordare a fost utilizată pentru a cartografia anatomia structurală a tracturilor materiei albe cu imagistica tensorială difuză. Acest instrument neinvaziv are o mare importanță pentru studiul științific al anatomiei umane in vivo, dar imagistica tensorială difuză are, de asemenea, aplicații clinice în creștere, în special în planificarea neurochirurgicală.
mai frecvent, DWI este utilizat pentru a diagnostica o serie de afecțiuni patologice în care moleculele de apă prezintă o difuzivitate scăzută. Cea mai frecventă și relevantă aplicație clinică este cea a diagnosticării accidentelor vasculare cerebrale ischemice acute. Lipsa oxigenului provoacă leziuni citotoxice celulelor din regiunea afectată, inducând umflături și edeme. În aceste condiții, anizotropia crește datorită densității crescute a moleculelor (determinând voxelii să apară mai strălucitori în DWI în prima oră după un accident vascular cerebral ischemic acut). Alte procese patologice (cum ar fi abcesele, tumorile hipercelulare sau excitotoxicitatea) prezintă , de asemenea, limitări ale difuzivității apei datorită densității crescute a structurii țesutului și pot fi identificate ca leziuni hiperintense în scanările DWI.1,3
scanările DWI sunt sensibile nu numai la modificările anizotropiei, ci și la mecanismele de relaxare T1 și T2. Prin urmare, modificările semnalului T1 și T2 pot fi observate și în hărțile DWI și ar putea fi identificate greșit ca modificări ale anizotropiei. Acest fenomen are o mare relevanță atunci când se diferențiază accidentele acute și cronice. Pentru a evita identificarea greșită, imaginile DWI sunt întotdeauna comparate cu imaginile cantitative ale coeficientului de difuzie, cunoscute sub numele de hărți ale coeficientului de difuzie aparent. Adică scanările DWI au o valoare diagnostică limitată dacă sunt analizate independent de imaginile cu coeficient de difuzie aparent și trebuie să comparăm întotdeauna cele 2 scanări. Reducerea reală a difuzivității, care rezultă din orice proces fiziopatologic, va fi întotdeauna prezentă ca voxeli hiperintensi în DWI și voxeli hipointensi în scanările aparente ale coeficientului de difuzie. Dacă acest model nu este respectat, mecanismul care determină efectul este probabil să fie diferit de anizotropia crescută. Un exemplu bine cunoscut, T2-shine through, apare în accidentele ischemice cronice. Aceste leziuni prezintă hiperintensitate T2 și pot apărea, de asemenea, ca hiperintensități în DWI, dar cu semnale normale sau mai frecvent hiperintense în hărțile coeficientului de difuzie aparent. Dacă cineva ar privi imaginea DWI în mod izolat, leziunea ar putea fi confundată cu un accident vascular cerebral acut, iar pacientului i s-ar putea administra terapie trombolitică. Dar, dacă ne uităm la toate imaginile împreună, s-ar putea concluziona că modificările semnalului T2 din vechiul accident vascular cerebral „strălucesc” prin scanarea DWI și pot fi observate ca leziuni hiperintense atât în hărțile DWI, cât și în cele ale coeficientului de difuzie aparent, care nu pot reflecta anizotropia crescută.4
gadoliniul este cel mai frecvent utilizat material de contrast RMN datorită proprietăților sale paramagnetice. La fel ca agenții de contrast pentru imagistica CT, gadoliniul este injectat intravenos și utilizat pentru a detecta sau exclude leziunile care rup bariera hemato-encefalică. Angiografia MR a capului nu utilizează agenți de contrast așa cum se utilizează în angiografia CT, dar, în schimb, secvențele specifice de puls MR permit vizualizarea neinvazivă a vasculaturii.1 angiografia MR a gâtului poate utiliza fie gadoliniu, fie aceeași secvență de puls utilizată pentru angiografia MR a capului.1
RMN funcțional (fMRI) este o modalitate imagistică care, până de curând, fusese utilizată exclusiv ca instrument de cercetare; cu toate acestea, acum a fost dezvoltat pentru anumite aplicații clinice limitate, dar în creștere5 (Figura 4). Spre deosebire de modalitățile RMN menționate mai sus, fMRI este optimizat pentru a măsura funcția (nu structura) zonelor și circuitelor creierului. Secvențele sale de impulsuri RMN sunt concepute pentru a detecta raportul dintre oxihemoglobină și deoxihemoglobină. Atunci când o zonă a creierului își mărește activitatea, de exemplu, în contextul unei anumite sarcini, crește și nevoile sale metabolice și de oxigenare. În acest context, 2 fenomene se întâmplă în paralel. În primul rând, deoarece se utilizează mai mult oxigen, mai multă oxihemoglobină este transformată în deoxihemoglobină, iar cantitatea absolută de deoxihemoglobină crește. În al doilea rând, deoarece este nevoie de mai mult oxigen, este activat un mecanism neurovascular cuplat care induce vasodilatația locală dependentă de activitate care crește fluxul regional de sânge cu oxihemoglobină. Însumarea celor 2 procese induce o creștere absolută și relativă a oxihemoglobinei care se corelează cu creșterea activității creierului. Prin urmare, fMRI poate detecta dinamic modificările fluxului sanguin regional și ale concentrației de oxihemoglobină și, prin aceste măsuri, reflectă modificări ale activității creierului cu o rezoluție spațială bună.6
imagine de rezonanță magnetică funcțională care prezintă sarcini de Atingere cu degetul (a) și strângere manuală (B) A
atdouă imagini în diferite planuri au fost selectate pentru a ilustra activarea sarcinilor de atingere cu degetul (felie axială) și strângere manuală (felie coronală). Observați tumoarea de pe girusul precentral drept. Activarea pentru această sarcină motorie stângă este atipică: în primul rând în girusul precentral stâng (ipsilateral la mișcare și contralezional). Se observă, de asemenea, activarea în zona motorie suplimentară (frontală mediană).
spectroscopia de rezonanță magnetică este o aplicație bazată pe RMN utilizată pentru a măsura proprietățile de relaxare ale legăturilor chimice specifice dincolo de atomii de hidrogen. Spre deosebire de metodele anterioare, nu măsoară întregul creier, ci Selectează o regiune predefinită și măsoară concentrațiile relative ale anumitor elemente chimice sau molecule. Prin urmare, spectroscopia de rezonanță magnetică nu este utilizată pentru a măsura structura sau funcția creierului, ci compoziția sa chimică. Metoda este utilizată pe scară largă în cercetare, dar își găsește încet locul în cadrul clinic pentru detectarea tumorilor, focarelor epileptice, leziunilor vasculare sau zonelor de demielinizare.7
tomografia cu emisie de pozitroni (PET) este o tehnică de diagnostic de medicină nucleară utilizată pentru a obține scanări funcționale ale creierului, similare cu RMN și diferite de scanările standard CT și RMN care furnizează informații structurale. Tehnica PET poate fi utilizată pentru a măsura 3 variabile primare: fluxul sanguin regional, modificările metabolice și dinamica neurotransmițătorilor. Noi abordări experimentale sunt în curs de dezvoltare pentru a identifica mecanisme biologice mai sofisticate, cum ar fi sinteza proteinelor, al doilea mesager sisteme și expresia genelor.8 spre deosebire de fMRI, care este, de asemenea, o modalitate funcțională de neuroimagistică, PET necesită injectarea unei substanțe radioactive sau a unui produs radiofarmaceutic care va fi distribuit selectiv în creier (și în toate celelalte organe), în timp ce emite energie sub formă de fotoni cu un număr de fotoni. Absorbția, distribuția și eliminarea regională a acestor fotoni pot fi cuantificate folosind bobinele speciale ale receptorilor prezenți în scaner, iar informațiile calculate pot fi utilizate pentru a obține imagini tomografice ale creierului care identifică variabila neurobiologică de interes (de exemplu, fluxul sanguin, absorbția glucozei, densitatea receptorilor dopaminergici).tomografia cu emisie de pozitroni necesită izotopi emițători de pozitroni ai elementelor chimice numite nuclizi radioactivi. Nuclizii sunt creați într-un ciclotron prin adăugarea de sarcini pozitive la nucleul elementelor chimice întâlnite în mod obișnuit în moleculele organice, cum ar fi 11-carbon (11C), 15-oxigen (15o), 18-fluor (18F) și 13-azot (13N). Cu acești nuclizi, se pot crea apoi produse radiofarmaceutice, care sunt molecule cu semnificație biologică care transportă 1 din aceste elemente radioactive și, prin urmare, emit energie radioactivă (fotoni de la XV). Deoarece nuclidul are un exces de protoni, eliberează o particulă încărcată pozitiv (un pozitron) pentru a reveni la o stare mai stabilă. Acest pozitron se ciocnește cu electronii încărcați negativ care înconjoară nucleul și, ca o consecință a acestei coliziuni (un eveniment de anihilare), se creează 2 fotoni cu un număr de centime. Acești fotoni de 2 centimi sunt propulsați în direcții opuse (180 centimi) unul față de celălalt după coliziune până când ajung la detectoarele din camera PET. Detectoarele din camera PET Care sunt situate unul față de celălalt sunt conectate și sincronizate într-un circuit de coincidență, astfel încât atunci când ambii primesc un foton cu un număr de centimi într-o anumită fereastră de timp, acesta poate fi identificat ca rezultat al unui eveniment de anihilare care a avut loc într-un anumit punct din vectorul care conectează cele 2 detectoare. Algoritmii de reconstrucție a imaginii pot identifica poziția exactă în care a avut loc coliziunea și o pot ilustra în imaginea creierului tomografic.
natura și designul chimic al produsului radiofarmaceutic sunt cele care determină funcția biologică care poate fi măsurată. Pentru a măsura fluxul sanguin, se poate alege 15O care are un timp de înjumătățire scurt (aproximativ 2 minute) și poate fi utilizat pentru a crea molecule de apă radioactive (H215O) care sunt injectate intravenos. Se poate utiliza, de asemenea, 15O pentru a crea dioxid de carbon radioactiv (C15O2), care poate fi inhalat. Pentru a măsura activitatea metabolică, se poate crea și eticheta radioactiv un compus pe care celulele îl vor confunda cu glucoza (18F-fluorodeoxiglucoză sau 18F-FDG). FDG va fi absorbit și fosforilat în celule la fel ca glucoza, dar nu va fi procesat în continuare pe căile metabolice și, prin urmare, rămâne prins în celulă. Important, FDG va fi absorbit proporțional cu nevoile metabolice ale celulelor, la fel ca glucoza. Ca urmare, neuronii hiperactivi metabolici (cum ar fi cei ai unui focar ictal) vor prinde mai mulți compuși radioactivi, iar neuronii hipoactivi (cum ar fi cei din zonele de neurodegenerare) vor emite o proporție mai mică de fotoni cu un număr de centimetrii. Aceste modificări vor fi reflectate în hărțile creierului.modificările fluxului sanguin regional sau ale metabolismului pot fi utilizate ca măsuri indirecte ale activității creierului, care pot fi măsurate și cu modalități alternative (cum ar fi fMRI). Cu toate acestea, aplicația care este unică tehnicilor de medicină nucleară este evaluarea dinamicii neurotransmițătorilor. Un radioligand este un tip specific de radiofarmaceutic conceput pentru a avea o mare afinitate pentru o țintă de interes și o afinitate mult mai mică pentru toate celelalte ținte, astfel încât acesta va fi eliminat rapid din fluxul sanguin și din alte structuri, dar va rămâne atașat (și detectabil) de țintă, de obicei un receptor neurotransmițător. Radioligandul trebuie, de asemenea, să poată traversa bariera hemato-encefalică și să fie inactiv din punct de vedere biologic.8
tomografia computerizată cu emisie de fotoni unici (SPECT) este, de asemenea, o modalitate de medicină nucleară, dar diferă de PET în reacțiile fizice și particulele care sunt emise. Nuclizii SPECT înșiși (spre deosebire de pozitronii emiși) se vor ciocni cu electrozii locali pentru a deveni mai stabili și această reacție va emite un singur foton (nu 2 fotoni ca în PET). Tehnica SPECT are o rezoluție spațială și o sensibilitate mai slabă decât PET, iar acest lucru este cel mai evident în structurile profunde în care PET este superior. De asemenea, SPECT este mai puțin versatil, deoarece nu poate utiliza bogata varietate de nuclizi care permit PET măsurarea unei game largi de procese biologice. Cu toate acestea, SPECT este mult mai ieftin și, în general, mai frecvent disponibil. Costurile mai mari ale PET sunt determinate de variabile diferite, dar cel mai semnificativ de necesitatea de a avea un ciclotron și capacități de sinteză radiofarmaceutică la fața locului (având în vedere timpul de înjumătățire scurt al produselor sale). În schimb, compușii SPECT pot fi sintetizați în afara amplasamentului. Elementele utilizate în mod obișnuit în SPECT sunt technețiu (99 mTc), iod (123i) sau xenon (133xe). Acești nuclizi pot fi atașați la molecule biologice pentru a crea SPECT radiofarmaceutice, dar potrivirea este mai dificilă, deoarece tehnețiul, iodul sau xenonul nu sunt prezente în mod natural în biochimicele comune.8