 |
PROTON MANYETİK REZONANS SPEKTROSKOPİ I: FİZİK
Kısa fizik:
Tanım:Dokuların biyokimyasal yapısını ve metabolitlerini non invaziv olarak ölçebilen ve bunu bir spektrumda gösteren tanı tekniğidir.
Proton spekroskopi daha küçük alanlardan daha kısa sürede yüksek rezolusyonlu spektrumlar elde edilmesi ile daha çok kullanılır. Protonun ; -Yüksek giromanyetik sabitesi -Yüksek metabolik konsantrasyonu -Daha uygun relaksasyon zamanı sensitiviteyi artırır. Normal serebrumda serbest lipid sinyallerinin olmaması, “shimming” kolaylığı ve hareket artefaktlarının olmaması nedeni ile tetkiklerin çoğu beyne yönelik yapılmaktadır. |
 |
Teknik:
Bir çekirdeğin rezonans frekansı , bu çekirdeğin kimyasal ortamına bağlıdır ve bu ortam çekirdeğin Larmor rezonas frekansında küçük bir değişiklik oluşturur ki bu kimyasal kaymadır.
Bu kimyasal kayma çekirdeği çevreleyen hareketli elektronların ve ana manyetik alanın yarattığı manyetik alanlara bağlıdır. Spektroskopi tekniği ile protonlar arasındaki kimyasal şift etkisini kullanarak , protonların mikroskopik çevreleri hakkında bilgi edinilmektedir. Protonların çevrelerinde belli seviyelerde hareket halinde bulunan negatif yüklü elektronlar protonlar üzerine “shielding” (gölgelenme) etki göstermekte olup magnetin proton üzerindeki etkisini kısmen değiştirmektedir. Kabaca su ve yağ dukusunda bulunan protonlar faklı kimyasal ilişkiler içinde olduklarından faklı “shielding” etkiye maruz kalacaklar ve salınım frekansları farklı olacaktır. Bu faklılık kimyasal şift olarak bilinir. Biz bu protonların frekanslarını birbirinden ayırabilirsek protonların içinde bulundukları kimyasal ilişkileri de birbirinden ayırabiliriz ve bu spektroskopi tekniğinin temelini oluşturur. |
 |
Normalde MR ile ölçtüğümüz sinyalin çoğu su ve yag dokudan gelmektedir ve bunların salınım frekansları kimyasal şifte bağlı olarak bir miktar faklıdır. Bunu frekans aksisinde amplitüd olarak değerlendirirsek iki belirgin pik elde edilir. Bu iki pik tüm MR cihazlarında gözlenmektedir ve bu frekans faklılığı 1.5 T cihazlarda 250 Hz kadardır.
Bu farklılık düşük teslalı cihazlarda bu kadar belirgin olmadığından spektroskopik inceleme yapılamaz. Klinikte kullanılan 1.5 T ve üzeri cihazlarda yüzey sargıları ile MRS yapılabilir. H dışındaki metobolitler için özel yüzey sargıları gereklidir. Fosfor spektroskopi belli patolojilerde yüksek enerjili metabolizmanın gösterilmesinde kullanılır. MRS de çekirdeğe uniform manyetik alan uygulandıktan sonra çekirdeği Z aksisinden X-Y planına çeviren 90 derece RF dalgası uygulanır. Puls kesilince çekirdek Z aksisindeki orijinal pozisyonuna geri döner. Z aksisine dönmesi için gerekli zaman relaksasyon zamanı ile belirlenir. Alıcı sargı bu süreçte pek çok noktada voltaj değişikliklerini algılar ve “free induction decay” zamanı domain bilgisini oluşturur. Bu bilginin fourier transformasyonu frekans domainlerinde yani değişik larmor frekanslarında bilgi sağlar. yazı devam edecek.......... |
 |
Metabolitlerin çözünür hale gelebilmeleri ve diğer metabolitlerden ayrılabilmeleri için zemin gürültüsünden en az beş defa daha fazla sinyal gücüne sahip olmaları gerekir.
MRS şu aşamalardan oluşur. 1. Çekirdeğin uyarılması 2. Free induction decay 3. Fourier transformasyon 4. Spektrumun gösterilmesi Statik ve puls gradyentler uygulayarak uzaysal lokalizasyon sağlanır.
-Proton spektroskopide kullanılan lokalizasyon metodları
(single voksel spektroskopi): ---DRESS (dept resolved surface coil spektroskopi) ---PRESS (point resolved surface coil spektroskopi) ---STEAM (the stimulated echo method ) ---SPARS (spatially resolved spektroskopi) ---Genellikle tek voksel teknikler ile ---Lokalizasyon ---Manyetik alan homojenitesi ---Su baskılama daha iyi
-Chemical Shift İmaging (Multivoksel spektroskopi )
---CSI (chemical shift imaging) -----Faz doğrultusundaki gradiyentlerin kullanıldığı tekniktir. -----Geniş bir kesitte , kesitin bir çok bölgesinden çok sayıda spektral analiz elde edilebilir. -----Dezavantajları post-prossesing süresi daha fazla olması , daha fazla homojen statik manyetik alana ihtiyaç göstermesidir. -----CSI tekniği genellikle 31P spektroskopi şeklinde 2D veya 3D seklinde gerçekleştirilmektedir. |
 |
Kısa eko zamanlarında daha fazla bileşikten sinyal alınmakta fakat daha fazla sıvı ve yağ kontaminasyonu olmaktadır.
Uzun ekolu spektrumda daha az bileşik görülür hale gelmekte T2 ağırlığı değişmekte fakat daha düz bazal hat elde edilmektedir. İyi bir MRS elde etmek için su ve lipid süpresyonunun sağlanması gerekir. Beyin metabolitlerinin düzeyleri 10 mm ve katları gibi değerlerdir. Su piki 80 mm gibi değerlerde iken , lipid perikranial gibi yağ dokusunda çok yüksek oranlarda bulunur. Diğer metabolitlerle karşılaştırıldığında su pikinin sinyali çok fazladır ve diğer piklerin görülebilmesi için suyun baskılanması gerekir. Yağdan gelen sinyallerin baskılanması 1.STIR 2.FATSAT: Su ve yağ içerisinde bulunan protonların rezonans frekansları kimyasal şift etkisi nedeniyle birbirinden farklıdır. Kesit görüntüleme algoritması öncesinde dar bant aralığında ve merkezi yağ rezonas frekansına odaklanmış bir RF darbesi uygulanır. Bu darbeye fat saturasyon pulsu denir. Tekniğin ismi ise chemical shift selective ya da CHESS tir. CHESS in STIR a göre en büyük avantajı değişik sekanslar ile birlikte kullanılabilir olmasıdır. Lipid sinyalinden uzak kalmak için lipid içeren bölgelerin lokalizasyon dışı tutulması, İnversion recovery gibi presaturasyon pulslarının kullanılması ile sağlanır. Voksel: Örneklenecek hacim elemanı için kullanılır. Klinik spektroskopide voksel büyüklüğü genellikle 2-8 cm3 arasında değişir ve STEAM sekansı ile 1 cm 3 kadar küçük olabilir. Küçük voksellerden daha az sinyal alınır. Voksel içerisinde mümkün olduğu kadar patolojik doku artırılmalı ve lezyonu çevreleyen beyin dokusu az olmalıdır. Tek voksel veya spektroskopik görüntüleme arasında seçim yapılırken istenilen bilgi ve teknik olanaklara göre seçim yapılır. İnme veya epileptik odak araştırılırken yapılıyorsa değişik lokalizasyonlardki değişik metabolitleri göstermek için spektroskopik görüntüleme yapılmalıdır. Glutamin,glutamat, miyoinositol gibi kısa ekolu spektrumlarda gösterilen metabolitleri difüz hastalıklarda göstermek için kısa ekolu tek voksel çalışmalar tercih edilmelidir. 1D, 2D, 3D boyutlu spektroskopi yapılabilir. Ancak 1D en az zaman gerektirdiğinden en fazla tercih edilendir. Bu görüntüler bilgisisayarda konsantrasyonlarına göre haritalanablir ve MR görüntülerine süperpoze edilerek lezyondaki anormal metabolit dağılımı gösterilebilir. Değişik renk ve intensiteler değişik metabolite karşılık gelir ve metabolit dağılımının görsel olarak anlaşılmasını kolaylaştırır. |
 |
PROTON SPEKTRUMUMUNDA METABOLİTLER:
Spektrumda gelişimsel , yaş, anotomik değişikliklere bağlı varyasyonlar Beyinde normal metabolitlerin konsantrasyonu yaşa başlı değişir. Doğumda NAA düşük iken, Cho ve myı-I yüksektir 1-2 yılda yetişkin değere ulaşır. Beyin maturasyonunu tamamaladıkça NAA/Cr oranı artar ve Cho/Cr oranı azalır. Bu değişiklik noraonal maturasyona bağlı Cho konsantrasyonundaki değişikliği ve akson ,dentrit ve sinapslarda ilk yaşlardaki artşı yansıtır. Pratik olarak 2 yaş üstü cocuklarda yetişkinlerdekine benzer metabolk dağılım vardır. Spektrumda gelişimsel , yaş, anotomik değişikliklere bağlı varyasyonlar;
****Çalışmalar değerlendirilirken yaş ve anotomik lokalizasyonlara bağlı faklılıklar olabileceği akılda tutulmalıdır. NAA:
Canavan lokodistrofi NAA tın tek arttığı hastalıktır. Gri-beyaz cevher arasındaki NAA konsatrasyon farkı önemli değildir. NAA reverzbl azalma ; MS, mitokondriyal hastalıklar, AIDS, temporal lob epilepsisi veya ALS ***NAA düzeylerinde azalma spesifik değildir ve noronlardaki hasarı gösterir . |
 |
Kolin (Cho):
Spektrumda 3.2 ppm de yer alır.
Kolin hücre membranlarının fosfolipit yapım ve yıkımında yer alır ve membran metabolizmasını yansıtır. Artmış kolin artmış hücre sentezini yansıtır tümör gibi durumlarda artmış hücre sayısını gösterir. Kreatin (Cr): Spektrumda kolinin sağında yer alır 3. en yüksek piktir 3.03 ppm dedir. Kreatin pikine katkıda bulunanlar: fosfokreatin,gamaaminobutirik asit,lizin glutatyon dur. 2.bir kreatin piki 3.94 ppm de görülür. Bu nedenle bazen total kreatinden söz edilir. Bu bileşikler birbiri ile yer değiştirebilir ve toplam kreatin değeri oldukça sabit kalır. Diğer metabolitlerle karşılaştırma yapılırken Cr iyi standarttır ve genellikle referans piki olarak kullanılır. Hücre kayıplarında (infarkt) makroskopik Cr konsantrasyonu azalır. Cr KC de sentez edildiğinden kronik KC hastalığında daha düşük serebral Cr konsantrasyonu izlenir. |
Laktat:
****Laktatta gösterilebilir artış patolojik olarak değerlendirilir.
Laktat rezonasının konfigrasyonunda manyetik alan etkileşimine bağlı 2 ayrı rezonans piki vardır. 1.32 ppm, de izlenir 4.1 ppm de ikinci bir laktat piki oluşur , su pikine çok yakın olduğundan genellikle su piki ile birlikte baskılanır. Normal beyin dokusunda laktat yoktur ya da çok az vardır. Laktat varlığı normal sellüler oksidatif respirasyon mekanızmasının etkili olmadığını bunun yerini karbonhidrat mekanizmasının aldığını gösterir. Yani enerji mekanizması bozulmuştur. Laktat artımı:
1.32 ppm de laktat varlığı PRESS te TE değeri değiştirilerek doğrulanır. Myoinozitol (myo-I): Hormon duyarlı nöroresepsiyonda rol alan ve muhtemelen glukoronik asit prekürsörü olan bir metabolit olup ksenobiyotiklerin konjugasyon ile detoksifikasyonunda rol alır. Fonksiyonu tam alarak bilinmemekle beraber yalnız glial hücreler de yer alır ve glial belirleyici olabilir. Piki 3.56 ppm dir. Myoinozitolde azalma mani tedavisinde lityum koruyucu aksiyonu ile birlikte ve diyabetik noropatinin gelişmesinde görülür. Myoinozitolde artış ve NAA da azalma : Alzheimer hastalığında ortaya çıkar. Glutamat ve glutamin (Glx): Glutamat (Glu) mitokondriyal metabolizmada uyarıcı norotransmitter olarak rol alır. GABA önemli glutamat ürünüdür. Glutamin norotaransmitter detoksifikasyonu ve aktivitelerinin düzenlenmesinde önemli rol oynar. Bu iki metabolitin rezonans piki birbirleri ile çok yakın olup 2.1 ppm ve 2.5 ppm arasında lokalizedir toplamları Glx ile gösterilir. Ancak 3-4T gibi yüksek rezonanslarda ayrılmaya başlar. Serebral glutaminde artış;
Alanin: Fonksiyonu tam olarak bilinmiyor 1.4 ppm de rezonas piki vardır. Menenjiom gibi belli başlı hstalıklarda yükselir. Lipid; Beyin membran lipidlerinin relaksasyon zamanı çok kısadır ve çok kısa TE ler uygulanmadıkça normalde görülmezler. 0.8, 1.2, 1.5, 6.0 ppm de pik yaparlar Bu pikleri sature olmamış yağ asitlerinin metil , metilen, alleik ve vinil protonları m.g. Bu metabolitler yüksek dereceli astrositomlarda ve menenjiomlarda artabilir ve nekrotik süreci temsil eder. MRS de lipidler arzu edilmez ve beyin dokusu dışındaki dokularda kullanımını sınırlar. |
PROTON MANYETİK REZONANS SPEKTROSKOPİ- II-KLİNİK KULLANIMI VE AYIRICI TANI- Hazırlık aşamasında
KAYNAKLAR:
1. Nöroradyoloji.Manyetik rezonans uygulamaları. Editor:Prof.Dr. İlhan Erden.Türk Manyetik Dezonans Derneği.2006.
2. Tıbbı Görüntüleme Fiziği. Prof. Dr. Orhan Oyar. 2003.
3. Proton magnetic resonance spectroscopic imaging in progressive supranuclear palsy, Parkinson’s disease and corticobasal degeneration. G. Tedeschi ve ark. Brain (1997), 120, 1541–1552.1997.
4. Metabolite Findings in Tumefactive Demyelinating Lesions Utilizing Short Echo Time Proton Magnetic Resonance Spectroscopy. A. Cianfoni ve ark.AJNR Am. J. Neuroradiol., February 1, 2007
5. Auer Serial Proton MR Spectroscopy and Diffusion Imaging Findings in HIV-Related Herpes Simplex Encephalitis.P. G. Samann ve ark.AJNR Am. J. Neuroradiol., November 1, 2003.
