REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA (RMN)

REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA (RMN)

In 1946, Bloch si Purcell au descris fenomenul RMN. La baza RMN sta proprietetea unor nuclei, numita 'momentul angular de spin' ( P ) considerat ca un rezultat al miscarii rotationale a nucleului in jurul axei sale. Momentul angular de spin al unui nucleu este definit printr-un numar (I), care depinde de structura acestuia (numar de protoni si neutroni).

Deoarece nucleul este o particula incarcata, momentul angular de spin este insotit de un moment magnetic, existand o analogie intre nucleu si o minuscula bara magnetica. O astfel de bara, sub influenta unui camp magnetic exterior se va alinia in directia, sau contrar directiei acestui camp (Sabau M., 1999).

In corp sunt numerosi atomi ai caror nuclei se comporta ca o astfel de bara, cand sunt supusi actiunii unui camp magnetic extern. Apare astfel, o miscare de precesiune (o rotatie a vectorului magnetic fata de directia campului magnetic si fata de spinul nuclear, fata de propria axa). S-au luat in considerare atomii de hidrogen, care sunt orientati dezordonat, dar care pot fi aliniati sub actiunea unui camp magnetic extern. Daca se expun apoi la un al doilea camp magnetic perpendicular pe primul, ei sunt excitati si reasezati intr-o noua pozitie. Daca se inlatura acest al doilea camp magnetic, nucleii sunt readusi la orientarea initiala - proces denumit relaxare. Se induce astfel, un semnal radio care poate fi detectat si procesat pentru a produce un spectru RMN, folosit in obtinere de imagini (Opris L., 2004).

Interpretarea imaginilor presupune o analiza a semnalului unui tesut normal sau patologic comparata cu un tesut de referinta. Se poate vorbi de semnal izo-, hipo- sau hiperdens in raport cu acest tesut de referinta. (cap.1)

1 IMAGERIA ECHO-PLANARA (EPI)

EPI receptioneaza dupa fiecare excitare de radio frecventa (RF) mai multe ecouri, renuntand insa la impulsurile de refocusare de 180° dintre ecouri. Atunci cand dupa

fiecare excitare se masoara doar o parte din ecourile necesare obtinerii imaginii, se vorbeste despre "Multi-Shot-EPI " , iar la "Single-Shot-EPI "se recolteaza toate datele.

Procesul EPI se recomanda unor aplicatii speciale de RMN in care se impune un timp de investigare foarte scurt, in primul rand pentru suprimarea artefactelor de miscare cum sunt tehnicile de masurare a difuziunii si perfuziei cerebrale (DWI si PWI) si RMN functional (Opris L., 2004).

IMAGERIA CU CONTRAST PRIN TRANSFER DE MAGNETIZARE (MTC)

Protonii liberi pot fi excitati in interiorul unui spectru mai larg de frecvente, putand fi activati si saturati selectivi. Magnetizarea protonilor legati se transfera insa datorita schimburilor chimice si energetice si asupra protonilor liberi, cu atat mai rapid cu cat componenta protonilor legati de macromolecule proteice este mai mare (Kastler B., 2002).

Transferul de magnetizare este eficient pe tesuturile ce contin o cantitate importanta de protoni «ficsi», cum ar fi creierul, ficatul si muschiul. Regiuni ale SNC care contin macromolecule structurate, precum substanta alba mielinizata, exprima o cantitate mare de MT, comparativ cu substanta alba, substanta cenusie prezinta un transfer de magnetizare usor scazut (Debatin J.F., Kinnon Mc. G.G., 1998).

3 RMN DE DIFUZIUNE- "DIFFFUSION WEIGHTED IMAGING"

(DWI-MR)

Difuziunea se refera la miscarile brawniene ale moleculelor de apa libera din spatiul interstitial si intracelular si poate fi redata cu ajutorul metodei DWI-MR.

Aceasta este o metoda functionala care a patruns in ultimii ani si in practica clinica, odata cu accesul la echipamentele EPI, are o mare valoare diagnostica in primul rand pentru decelarea precoce a infarctului cerebral, cu aplicatii si in diagnosticul tumorilor cerebrale, sclerozei multiple, TCC (Le Bihaind D., 1995).

4 RMN DE PERFUZIE- "PERFUSION WEIGHTED IRM" (PWI - MR)

PWI - MR permite cuantificarea "in vivo" a perfuziei cerebrale (adica a aportului sanguin catre parenchimul cerebral prin intermediul retelei capilare), in mod neinvaziv, prin injectarea in bolus a unei substante de contrast paramagnetice (Gd) sau superparamagnetice si surprinderea pasajului acesteia prin microcirculatie cu ajutorul secventelor rapide, de tip EPI (bolus tracking).

PWI - MR permite obtinerea unor imagini (postprocesate apoi transformate in harti) ce redau urmatorii parametrii ai perfuziei cerebrale: fluxul sanguin cerebral regional (CBF = regional cerebral blood flow), volumul sanguin cerebral (CBV = cerebral blood volume) si timpul mediu de tranzit al substantei de contrast (MTT = mean transit time).

In timp ce MRA reda fluxul macrovascular (artere si vene), fiind utila pentru detectarea patologiei arteriale sau venoase, patologia la nivel tisular / celular nu este insotita de alterarea circulatiei macroscopice, modificarile aparand la nivelul microcirculatiei (capilare, arteriole, venule) (Schaefer, P.W., et al. 1999).

PWI - MR reflecta fluxul microscopic, la nivel capilar, putand surprinde modificari precoce ale acestuia in cazul patologiei celulare / tisulare.

Perfuzia tisulara se poate studia cu ajutorul unor tehnici radiologice variate, cum sunt angiografia conventionala DSA (faza capilara), PET si SPECT. PET si SPECT sunt inaccesibile in practica medicala curenta, unde RMN de perfuzie se poate aplica simplu, la aparatele obisnuite de 1-1,5 Tesla echipate cu EPI.

PWI - MR este relativ sensibila pentru microcirculatia cerebrala, are o rezolutie spatiala si de contrast mai buna decat SPECT, este lipsita de efectul nociv al radiatiilor si poate achizitiona mult mai rapid imagini repetitive in sectiuni multiple decat cele mai noi tehnologii CT.

Avantajele PWI - MR comparativ cu alte metode de redare a perfuziei cerebrale (PET, SPECT, metode TC

- raportul semnal / zgomot si contrast / zgomot este net superior;

- accesibilitate mai mare decat pentru SPECT si PET (aplicabile numai in centre de cercetare);

- rezolutie spatiala mai buna;

- siguranta: nu expune pacientul la radiatii ionizante;

- viteza de achizitie foarte buna (aproximativ 1 min pentru achizitie);

- volumul de investigat: metodele TC se limiteaza la una sau cateva sectiuni, in timp ce PWI - MR poate obtine 10 sau mai multe sectiuni cu o buna rezolutie (Turner, R. 1999).

5 RMN FUNCTIONAL (RMN f)

Cu ajutorul RMN f se poate inregistra in mod neinvaziv modificarea locala a fluxului sanguin cerebral dupa o stimulare specifica (motorie, senzitiva, vizuala etc.) realizandu-se astfel o cartografiere a functiilor cerebrale.

Tehnica RMN f ce are la baza detectarea variatiilor rapide ale oxigenarii si perfuzei cerebrale in cursul activarii neuronale se numeste "BOLD" (Blood Oxygenation Level Dependent).

In cursul activarii functionale a unei regiuni corticale printr-un stimul specific (motor, senzitiv, vizual, de limbaj) are loc o activare metabolica cu extractie crescuta a O2, dar in acelasi timp se produce si o crestere mai accentuata a perfuziei (cu cresterea volumului sanguin cerebral si fluxului sanguin cerebral) care supracompenseaza augmentarea moderata a consumului de oxigen. Rezulta astfel o supraoxigenare paradoxala a sangelui din segmentul venos al patului capilar si venulelor de drenaj in aval de regiunea activata, cu reducerea relativa a dezoxihemoglobinei (scaderea raportului dezoxiHb / metHb) care va influenta semnalul in secventele T2 (Cuenod, Ch.,et al. 1997).

Tehnica BOLD este neinvaziva si poate fi repetata ori de cate ori se doreste, fara a se utiliza substanta de contrast, deoarece ea foloseste hemoglobina hematiilor ca agent de contrast endogen.

Metoda BOLD furnizeaza o cartografiere functionala cerebrala, fiind insa semnificativa: se compara doua serii de imagini RMN f obtinute cea dintai " in repaus", cealalta in timpul unei stimulari, observandu-se o crestere progresiva si sesizabila (cu 1-1,5%) a semnalului RMN in regiunile corticale activate in primele cateva secunde dupa inceperea stimulului. (Opris L., 2004).

Aplicatiile clinice ale RMN f, in:

In neurofiziologie pentru realizarea cartografierii functionale a cortexului cerebral si confruntarea cu rezultatele celorlalte tehnici: PET, SPECT, EEG, potentiale evocate, oferind rezultatele cu cea mai buna rezolutie spatiala si temporala.

Cu ajutorul RMN f au fost studiate : sistemul vizual (identificarea cortexului vizual primar si al ariilor vizuale asociative, organizarea retino - optica, oculomotricitatea, imageria mentala), sistemul motor si senzitivo - senzorial (zonele motorii si senzitive primare si de asociere, activarea nucleilor bazali in timpul gesturilor motorii), sistemul auditiv, vestibular, localizarea si activarea ariilor corticale cognitive (limbaj, memoria de lunga durata, rationament) (Le Bihan D., 1995).

RMN f permite si studiul neinvaziv si in dinamica al dezvoltarii normale si patologice a creierului la sugar si copilul mic (la care PET si SPECT sunt contraindicate) cu intelegerea plasticitatii neuronale si a capacitatii de recuperare functionala a creierului la aceste varste, in special dupa leziuni ireversibile extinse.

In neurofarmacologie RMN f a pus in evidenta variatiile de semnal dupa injectarea unei doze terapeutice de agenti colinergici. In viitor se asteapta ca RMN f sa contribuie la intelegerea turnoverului normal si patologic al neurotransmitatorilor, care sa stea la baza unei terapii fiziopatologice a afectiunilor psihiatrice si neurologice "de mediatori" (Werring DJ., et al. 1999).

Aplicatiile clinice actuale ale IRM, in:

studiul lateralizarii (dominantei) emisferice a limbajului planningul operator al unor procese lezionale frontale sau temporale, in asociere sau in ca alternativa la testul WADA utilizat pana in prezent;

- cartografirea functionala prechirurgicala isi propune localizarea anumitor functii corticale situate in proximitatea leziunilor ce urmeaza a fi extirpate (tumori, malformatii vasculare, cicatrici epileptogene) pentru a se prezerva functiile majore (motorii, senzitive, vizuala, de limbaj, memorie) in cursul rezectiei. Imaginea RMN f are o foarte buna corelatie spatiala cu cea obtinuta de catre tehnicile functionale invazive (SPECT, PET);

- monitorizarea dezvoltarii normale / patologice a creierului la sugar si copilul mic;

- localizarea focarului epileptogen, in cursul excitatiei epileptice se produce spontan acelasi fenomen de hiperperfuzie regionala si supracompensare a cresterii consumului de oxigen ca si in timpul activarii extrinseci in metoda BOLD, aparand o supraoxigenare a sangelui venos cu hipersemnal la RMN f (Stark, D.D., W.G. Bradley, 1999);

6 SPECTROSCOPIA PRIN RMN - MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY (MRS)

MRS este utila in explorarea neinvaziva a proceselor metabolice cerebrale. Cu ajutorul sau pot fi identificati produsii de metabolism pe baza frecventelor lor de rezonanta. De asemenea, se poate determina cantitatea de substanta dintr-un element de volum pe baza marimii "peak-ului" din spectrul obtinut.

Cu ajutorul MRS se pot depista anomalii ale diversilor produsi de metabolism in cazul tumorilor, bolilor metabolice si degenerative (Trapp B.D., et al. 1998).

MRS nu s-a impus inca in rutina clinica, deoarece este tehnic foarte dificil de a detecta, in afara protonilor apei si a celor lipidici care sunt dominanti cantitativ, protonii legati de anumite substante de interes metabolic, ce se regasesc in cantitati foarte mici. In plus, informatiile obtinute sunt restranse la un voxel ales "a priori". Acest dezavantaj poate fi depasit prin metoda CSI (Chemical Shift Imaging) a MRS prin care se masoara nu numai spectrele unui singur voxel, ci o arie de interes mai mare care poate fi acoperita cu o matrice de voxeli.

Deoarece in fiecare voxel se citeste un spectru, se pot calcula din concentratia diversilor metaboliti ai fiecarui voxel, harti ale repartitiei diversilor metaboliti (Ferguson B., et al. 1997).

7 ANGIOGRAFIA PRIN RMN (MAGNETIC RESONANCE ANGYOGRAPHY - MRA)

La prima vedere MRA ofera o informatie morfologica similara angiografiei conventionale, dar principiul de obtinere a imaginilor este total diferit. Astfel, angiografia clasica permite redarea exacta anatomic - morfologica a lumenului vascular prin umplerea sa cu substanta de contrast injectata intravasal, cu obtinerea unor imagini selective si dinamice (faza arteriala, parenchimatoasa si venoasa). MRA este o tehnica neinvaziva de redare a arborelui vascular sub forma coloanei de sange aflata in miscare in interiorul sau, principul sau fiind dependenta semnalului RMN de miscarea spinilor (fenomenul de flux). MRA este o 'imagine de flux' si nu una morfologica, precum angiografia conventionala. 'Contrastul' intravascular este dat de spinii aflati in miscare, MRA nu necesita astfel injectarea unei substante de contrast (Back, M.R.,et al. 2000).

Si imaginile conventionale spin-echo contin o informatie angiografica, deoarece fluxul sanguin determina in functie de viteza sa un semnal specific: 'signal void' in toate secventele SE (T2-, T1- si PD - ponderate) in cazul fluxului rapid arterial si in venele mari, insa modificarile de semnal determinate de fenomenul de flux sunt complexe si neunitare si nu pot inlocui angiografia conventionala.

Prin introducerea secventelor gradient-echo (GE) 2D si 3D si a tehnicilor de compensare a fluxului si de presaturare, s-au creat bazele angiografiei IRM. In prezent exista doua metode conventionale de MRA: 'time of flight' (TOF) si 'phase contrast' (PC), care pot fi 2D sau 3D, si care au la baza tehnicile gradient-echo (FISP, FLASH,etc). Cele doua metode (TOF si PC) ale MRA scot in evidenta dependenta semnalului IRM de fenomenul de flux sanguin: spinii stationari sunt suprimati, cei aflati in miscare apar cu hipersemnal.

In ultimii ani s-a impus o noua metoda, denumita 'contrast enhanced MRA' (CE-MRA) (angiografia RMN cu substanta de contrast paramagnetica), care permite obtinerea unor imagini morfologice similare angiografiei conventionale (invazive), prin umplerea lumenului vascular cu substanta de contrast (Gadolinium) si achizitia unor imagini ultrarapide in timp real, bazata pe principiul enhancementului dat de Gadolinium in secventele T1-ponderate (Ledera, X., et. al. 1999).

Indicatiile MRA in patologia vasculara cerebrala

Ca si examenul Doppler extracranian, MRA este o metoda neinvaziva de diagnostic a patologiei arteriale cervicale aterosclerotice, avand o acuratete diagnostica net superioara, fiind insa mai costisitoare si mai greu accesibila. Concordanta MRA/ Doppler (ECD) este de aproximativ 82-84%, iar eficienta diagnostica in cazul asocierii lor se apropie de cea a angiografiei clasice, avand marele avantaj al noninvazivitatii.

MRA cervicala este grevata de un dezavantaj: supraestimeaza gradul si extensia stenozelor medii si stranse datorita fenomenului de 'signal loss', determinat de turbulenta intra- si poststenotica, nu ofera date despre structura peretelui arterial sau a placilor de aterom.

Angiografia RMN a segmentului arterial intracranian (MRA arteriala intracraniana)

Segmentul arterial intracranian ofera bune conditii pentru obtinerea MRA, avand in vedere pulsatilitatea sa mai redusa si absenta artefactelor date de miscarile respiratorii.

Comparativ cu angiografia conventionala (DSA), MRA:

- este noninvaziva: siguranta 100% pentru pacient, in timp ce angiografia conventionala are inca o rata de complicatii neurologice definitive de aproximativ 1 % si tranzitorii de aproximativ 30%;

- nu necesita substanta de contrast (exceptand metoda CE-MRA care foloseste Gadolinium, ce este practic nonalergogen).

Angiografia clasica ramane inca standardul 'de aur' sau 'regina' diagnosticului angiografic cerebral prin redarea cu acurateta a morfologiei vaselor cerebrale si posibilitatea studiului hemodinamicii cerebrale.

Comparativ cu examenul TCD (Transcranial Doppler), MRA are marele avantaj de a oferii o imagine asemanatoare angiografiei clasice, cu redarea in ansamblu a sistemului arterial (TCD vizualizeaza separat si succesiv doar cate un segment arterial). TCD este insa superioara pentru studiul hemodinamicii cerebrale (Remonda, L., et al. 2002).