Manyetik Rezonans Spektroskopi
Uzm. Dr. Nevit Dilmen
5 Mart 201210698 görüntülenme
İn vivo MRS, manyetik rezonans görüntüleme ile ilişkili bir yöntem olup, bazı yapıtaşı moleküllerin artış ve azalmasını canlıda gözlemleme amacı ile yapılan özel bir incelemedir. Ayrıca, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMRS) olarak bilinir. MRS radyolojide bazı hastalıkların tanısı, tedavi planlanması ve izlenmesinde başka hiç bir yöntem ile elde edilemeyen yararlı klinik bilgiler sağlamaktadır. Güvenli bir yöntem olarak kabul edilmektedir. İn vivo Proton MRS klinik ortamında kullanımı ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından 1996 yılında onaylanmıştır. Kullanılması sakıncalı olan durumlar genel olup MR ile benzerdir. Bu yazıda mümkün mertebe karmaşık fizik formüllerine değinmeden MRS’i basit hatları ile anlatmaya çalışacağım.
Bilim insanları (biyologlar, tıbbi fizikçiler ve biyokimyagerler) MRS’ı klinik dışında çoğunlukla araştırma projeleri için bir araç olarak kullanırlar.
Beyin MRS, tümörler, inme, nöbet, Alzheimer hastalığı, depresyon ve diğer bazı hastalıklarda olası metabolik değişiklikleri inceler. MRS non-invaziv (kesme / kanatmaya gerek duymayan) ve analitik bir tekniktir. Aynı zamanda kas gibi diğer organların metabolizmasını değerlendirmek için kullanılır. NMRS kasların intramiyoselüler lipit içeriği (IMCL) ölçmek için kullanılır.
Teoride MRS incelemesi çekirdeğinde tek sayılarda proton bulunduran tüm atomların oluşturduğu moleküller ile yapılabilir. MRS ekipmanı bir radyo alıcısı gibi farklı kimyasalların çekirdeğinden gelen sinyalleri almak için ayarlanabilir. Üzerinde çalışma yapılacak olan en yaygın çekirdek hidrojendir. Ancak fosfor, karbon, sodyum ve flor MRS’de kullanılabilir. Pratik ve klinik kullanım için mevcüt MR cihazları Hidrojen atomunun çekirdeği (proton) için optimize edildiğinden yapılan spektroskopiler de bu çekirdek için yapılabilmektedir.
Protonlar bağlı bulundukları ortam, molekül yapısı ve içinde bulundukları manyetik alan gücüne bağlı olarak salınım gösterirler. Bu salınım hareketinin hızı Larmor frekansı olarak adlandırılır ve ω ile gösterilir. vücutta en çok hidrojen su ve yağda bulunduğundan klasik MR görüntüsünü oluşturan su ve yağ konsantrasyonlarıdır. Bunun dışında görüntü demir, kalsiyum, protein oranları gibi diğer faktörlerden etkilenir. MRS’de su dışında dokularda az miktarda bulunan bazı moleküller görüntülenmek istenmektedir. Bu nedenle su MRS’de baskılanır.
MRS eğrilerinin okunması
Proton MRS’de H+ içeren biyokimyasal madde veya metabolitler farklı frekanslarda salındıklarından aynen ışık spektroskopisinde olduğu gibi MRS’de ω frekans kayması nedeniyle farklı bölgelerde tepecikler oluştururlar. Larmor frekansı ve ortam değişkenlerinden etkilendiğinden dolayı bu zirvelerin konumu NMR frekansı M.Hertz gibi mutlak birimler yerine ana frekanstan milyonda bir sapma cinsinden (ppm, parts per million) olarak gösterilir. Zirvelerdeki sinyal şiddeti ise entgral veya üreticiden üreticiye değişien keyfi birimler olarak gösterilir.
Bu bağlamda sık kullanılan bazı metabolitlerin konumu şu şekilde özetlenebilir. kolin (3.2 ppm) , kreatin (3.0 ppm) , N-asetil aspartat NAA (2ppm), amino asit alaninin ikiz zirveleri (1.4 ppm) gibi. Bunlardan en belirgin olan NAA genellikle diğerlerinin yerini bulmak için referans olarak kullanılır.
Tepenin yüksekliğini ve metabolitin voksel içindeki konsantrasyonunu gösteren radyo sinyali şiddetinin mutlak değerlerinde belirli bir standart bulunmadığından değerlendirmelerde eğrinin şekli ve bu metabolitlerin birbirine oranlarına bakılabilir.
MRS’de izlenebilen metabolitlerin vücut içinde ne işe yaradığının bilinmesi klinik’te tepeciklerin ne anlama geldiğinin yorumlanmasında kullanılmaktadır. Örneğin Kolin hücre zarı yapımında kullanılan yapıtaşlarından biridir. Hücre ve zarının bulunmadığı bölgelerde az görünmesi beklenirken, zar yapım artışı ile seyreden bölgelerde artması beklenir. Kreatin enerji metabolizmasında karşılaştığımız bir moleküldür. N-asetil aspartat ana sinir hücresi olan nöronların ve uzantıları aksonların göstergesi olup, nöronların yıkıldığı ve yok olduğu bölgelerde azalma beklenir. Laktat hücrelerin anaerob solunumunun göstergesi olup, bölgeye gelen oksijen miktarının tüketime yetmediğinin göstergesidir. İnositol / myoinositol nöron dışı (glial) hücreler özellikle astrositlerde bol bulunan bir metabolitdir. Bunun dışında Glx tepeciği Glutamat ve Glutamin’i birlikte gösterir.
MRS’in elde edilmesi
MRS canlıda belirli voksellerden alınır. Voksel kavramı görüntülemede, vucütta konumu önceden belirlenmiş, örneklemenin yapıldığı küp veya dikdörtgen prizma şeklinde 3 boyutu bulunan bir hacim olarak düşünülebilir. Ölçülen metabolitlerin miktarı çok az olduğundan gelen zayıf sinyali almak için MRS’de kullanılan vokseller büyük seçilmek zorundadır. Tek voksel, SV (single voxel spectroscopy) ve çoklu voksel MV (multi voxel spectroscopy) şeklinde ölçümler kullanılmaktadır. SVS ’de beyin’de şüpheli bölgeden ve benzeri olan karşı taraftan 2 ölçüm alınır. SVS yerini büyük ölçüde MVS’ye bırakmıştır. MVS’de bir düzlemde cihazın kapasitesi ölçüsünde küçültülebilen vokselleri satranç tahtasındaki alanlar gibi yan yana dizilen küplerden ölçüm alır. Detaylarıa girmeden SVS ‘de görüntülerin elde edilmesi için PRESS ve STEAM yöntemleri kullanılırken, MVS de kimyasal şift’e dayalı (CSI) bilgi toplama yöntemi kullanılmaktadır. SVS ve MVS nin her birinin avantajları ve dezavantajları olmasına karşın, çekimin standardize edilmesi, yorumlama kolaylığı, örnek alınmayan yerlerde olası değişikliklerin gözden kaçmaması gibi faktörler ağırlık ibresini MVS yönüne kaydırmaktadır.
MRS elde edilmesinde kısa <30ms yankı süreleri (echo time) daha inişli çıkışlı bir eğri elde edilmesine yol açar. Bu eğrilerde daha çok sayıda ve atipik metabolitler tanımlanabilir. Ancak bazı metabolit tepeciklerinin bir biri ile karıştırılması riskini taşır. Uzun yankı süresi >135ms ile elde edilen MRS’lerde eğriler daha düzgün görünümlü olur. Yorumlama kolaylaşır ama daha az sayıda metabolit tanımlanır. Uzun eko süreleri genellikle fokal beyin hastalıklarına kullanılır. Kısa eko süreleri daha ziyade metabolik hastalıklar ve difüz beyin hastalıklarında kullanılır.
MRS hassas bir yöntem olduğundan kolaylıkla artefaktlardan etkilenebilir. Bu yüzden elde edilmesi uzmanlık istediği gibi, uygun elde edilmemiş spektrumların yorumlanmaması gerekir.
MVS Görüntüleme
MVS renk haritaları (Color map) : MVS’de elde edilen metabolitlerin her birinin (Glx, Cho, Cr, NAA, MI, La, Li ) azlığı ve çokluğu bir renk haritası ile eşleştirilerek bir görüntü elde edilebilir. Bu renk haritası kullanıcı isteğine bağlıdır. Ör: Siyahtan (az) beyaza (çok) giden bir renk skalası, veya maviden (az) sarıya (çok) giden bir skala kullanılabilir. Kullanılabilen skalalar makine üreticisinin sağladığı seçimler ile sınırlıdır. Bu şekilde bir metabolitin bir bölgede anormal derecede azlığı ve çokluğu daha kolay saptanabilmektedir. Aynı şekilde metabolitlerin oransal değerleri (Cho/NAA, Cr/NAA gibi) renk haritası şeklinde gösterilebilmektedir. Uzmanların değişiklikleri uzaysal olarak algılayabilmesi ve konumlandırabilmesi için bu renk haritaları anatomik görüntü üzerine bindirilerek gösterilir. Teknolojinin gelişmesi ile beraber voksellerin boyutu küçülecek ve bu haritalar daha yüksek uzaysal çözünürlüğe kavuşacaktır. Bu şekilde oluşturulan görüntülere MRSI (Magnetic resonance Spectroscopic Imaging) MRSG Manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme adı verilir.
Metabolitlerin konumları ve önemleri
1. N-asetil aspartat (Naa) NAA sinir hücreleri olan nöronların gövdeleri ve aksonlarda var olan bir işaretçidir. Nöron ve aksonların yoğunluğu ve canlılık durumunu gösterir. Üretimi beyin dokusunun mitokondrilerinde gerçekleşir. Tümoral doku, iskemi ve dejeneratif hastalıklar gibi nöron kaybı yaşandığında azalır. Canavan hastalığı gibi NAA’nin vucüt’ta yıkılamadığı hastalıklarda NAA MRS’de artar. NAA yıkım eksikliği en fazla aspartoasilaz enziminin doğuşsal bozukluğunda izlenir. Naa varlığı 2.02 (ppm) civarında izlenir.
2. Kreatin (Cr) bu beyin hücrelerinin aerobik enerji metabolizmasının bir göstergesidir. Beyaz dışında gri cevherde büyük konsantrasyonlarda bulunur. Kreatin pik yüksekliği hemen hemen sabit olduğundan ve diğer metabolitleri ile ilgili bir kontrol değeri olarak kullanılabilir. Bu tepeye Kreatin fosfat gibi bir birinden farklı metabolitler katkıda bulunur. Bazen metastaz ve beyin tümörleri Cr pikinde bir azalmaya yol açabilir. Cr için pik 3.02 ppm'de görülmektedir; Bununla birlikte, kreatin için ek ve ikinci bir tepe 3.94 ppm'de görülebilir.
3. Kolin (Cho) Bu hücre zarının fosfolipit metabolizması ürünü bir moleküldür ve membran yıkım yapım sürecini yansıtır. Konsantrasyonu gri cevherde daha az beyaz cevherde biraz daha fazladır. Kolin artışı membran yapım artışı ve yoğun hücre çoğalmasını belirtir. Konsantrasyonu genellikle beyinin neoplastik süreçleri varlığında artar. Fosfokolin ve gliserofosfokolin bu tepeye katkıda bulunur. Tepesi 3.2 ppm de oluşur.
4. Laktat genellikle normal beyin dokusunun proton spektroskopinde algılanmaz. Varlığı anaerobik metabolizmasının nihai ürünler ile ilgili olarak yorumlanmalıdır. Dokuda oksijen ihtiyacının artışı veya iskemi nedeniyle yeterli oksijen sağlanmayışının dolaylı bulgusudur. Kistlerde artış gösterebilir. Laktat varlığı kistleri, hipoksik / iskemik dokular ve bazı tümörler gösterebilir. Laktat tepeciği 1.33 ppm de (136 ms eko zamanı) ters bir çift pik olarak görülebilir.
5. lipitler normal beyin dokusunda proton MRS tarafından algılanmaz. Nekrozun oluşuğu patolojik durumlarda artar. Malignitelerle, enflamatuar / enfeksiyöz süreçlerde olduğu gibi, hücre zarı yıkımını simgeleyen süreçlerde lipit piki izlenebilir. Bu pik 0.9 ve 1.3 ppm arasında bulunmaktadır
6. Myoinositol MI glial fonksiyon belirteci olarak kabul edilir. Aynı zamanda hücre içinde önemli bir osmotik düzenleyicidir. Genellikle Alzheimer hastalığında, hepatik ensefalopati durumlarında değişiklikleri izlenir. Miyoinositol piki 3.56 ppm de oluşur.
7. Alanin bir amino asit olup, normal spektroskopilerde izlenmez. Patolojik durumlarda, proton manyetik rezonans spektroskopi ile tespit edilebilir. Amino asitler protein yıkım süreçlerinde izlenmektedir. Apselerde yoğun protein yıkımı yaşandığından alanin artışı izlenebilir. Ayrıca meningiomlarda izlenebilmektedir. Ters çift (ikiz) pik olarak (136 ms yankı süresi ile 1.48 ppm)
8. Diğer metabolitlerden asetatlar ve süksinatlar abse ve nörosistiserkoz da izlenebilir. (sırasıyla 1.92 ve 2.4 ppm)
9. Glx (Glutamat ve Glutamin), Hepatik ensefalopati gibi bazı özel durumlarda artar. Glx 2.1-2.5 ppm arasında izlenir.
10. Atipik piklerin pek çoğunu tanımlamak için MR cihazları içinde gerekli bilgilendirici düzenlemeler bulunmaktadır. Atipik bir konumda tepecik izlendiğinde, cihaz içindeki pik tanımlayıcı yazılımlar yardımı ile yükselen metabolitin cinsi bulunabilir.
Beyin hastalıkları tanısında MRS
Tümörler:
MRS’nin kullanıldığı ilk zamanlardan beri nöronların yıkımı ve yer değiştirmesine yol açan tümörlerde NAA’nın azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca yüksek yıkım yapım döngüsüne (turnover) sahip tümörlerde kolin çoğunlukla yüksek bulunur. Kolin artış başka hastalıklarda izlense de neoplastik hastalıkların başlıca göstergesidir. Tümör dışı durumlardan kolin artışı ile izlenen hastalıklara demiyelinizan süreçler örnek verilebilir. Tümör beslenmesinin yeterli olmadığı durumlarda laktat yükselebilir. lipit tepecikleri ile çoğunlukla doku yıkımına eşlik eder. Lipit varlığı sıklıkla nekrotik prosesler ve tümörün yüksek grade’li olması (GBM) ile ilişkilidir. Tümörlerde yüksek Cho/NAA oranları laktat ve lipit tepecikleri ile birlikte izlendiğinde kötü prognoza işaret eder. Tümörleri değerlendirirken nekroz alanları (ölü doku) olasılığını her zaman göz önünde bulundurmak gerekir. Bu alanlarda NAA azaldığı gibi Cho düzeyleri de azalmıştır. Ancak aktif büyümeye devam eden aynı tümörün çevresi örneklendiğinde kolin düzeyleri artışı izlenebilir. Metastazlar küçük oldukları sürece genellikle kolin artışı göstermezler. Çoğunlukla glial hücrelerden (beyin bağ dokusu) oluşan tümörlerde MI seviyeleri artabilir. Ancak bu tümörler kötü huylu olamaya başladıklarında MI düzeyleri tekrar düşüş gösterir.
Meningiomların tanısı rutin MR görüntülemede göreceli olarak kolayca konsa bile tereddüt yaşanan vakalarda MRS yardımcı olabilir. Meningiom dokularında NAA çok az rastlanır veya rastlanmaz. Kolin düzeyleri belirgin olarak artmıştır ve Alanin çift zirvesi izlenebilir.
Enfeksiyonlar:
Rutin MR incelemesi ile doku harabiyeti ile seyreden tümörler ve enfeksiyonların birbirinden ayrılması her zaman kolay değildir. AIDS ile beraber izlenen Toksoplazmoz, Tüberküloz ve Kriptokokoz gibi enfeksiyonlarda geniş lipit tepeciği izlenir. NAA azlığı, hafif kolin artışı ve laktat zirvesi tanımlanmıştır ancak her zaman izlenmez.
Piyojenik apselerde normalde izlediğimiz NAA ve Cho tepecikleri izlenmez. Ancak normal durumlarda izlenmeyen alanin gibi amino asit pik’leri, süksinat, asetat zirveleri bakterilerin oluşturduğu doku parçalayıcı enzimlerin etkisi ile görülür.
Alzheimer hastalığı
Alzheimer hastalığında frontoparyetal, temporal ve hipokampus bölgelerinde NAA azlığı ve MI artışı izlenir. Bu değişiklikler hastalığın hafif formunda bile izlenebilir. MRS Alzheimer de kullanımı konusu gelişmelerin ve özgüllük / duyarlılık tartışmalarının devam ettiği bir alandır.
İskemik lezyonlar
İskemik lezyonlarda Difüzyon sekansının eşlik ettiği MR incelemesi altın standart olarak kabul edilmektedir. Ancak MRS’de izlenen değişikliklerin bilinmesinde yarar vardır. Laktat düzeyleri anaerobik solunumdan dolayı ilk dakikalardan itibaren artar, ancak doku nekrozu geliştikçe laktat düzeyleri düşmeye başlar. NAA da azalma, kolin düzeylerinde hafif artış izlenebilir. Bu artış ve azalmalar devam eden süreç ve prognoz hakkında fikir verebilir.
Demiyelinizan hastalıklar
Demiyelinizan hastalıklar rutin MR ile görünümleri çoğunlukla tümörlerden kolayca ayırt edilir. Demiyelinizan hastalıklarda NAA azlığı ve laktat artışı da göz önüne alınırsa tek başına MRS ile tümörlerden ayırt edilmeleri güçleşmektedir.
Hepatik ensefalopati
Hepatik ensefalopatinin MR ile erken tanısı güçlük yaşanan problemlerden biridir. Rutin MR görüntülerde herhangi bir değişim izlenmeden önce MRS’de Glx (2.1 ve 2.5 ppm arasında Glutamat ve Glutamin) zirvelerinin izlenmesi, kolin ve MI seviyelerinin düşmesi tanıya yardımcı olan değişikliklerin başında gelir.
Multimodalite değerlendirme
MRS tanısal doğruluğu kontrastlı MR, beyin perfüzyonu (rCBV, kanlanması) ve anatomik görüntüler ile beraber değerlendirmelerde artmaktadır.
Biyopsi bölgesinin saptanması
MV-MRS biyopsi bölgesini saptamada yardımcı bir yöntemdir. Bu inceleme biyopsinin doğru bölgeden alınarak negatif gelme olasılığını düşürebilir. Yüksek Cho düşük NAA bölgeleri MR eşliğinde biyopsi için uygun alanlardır.
Tedavinin izlenmesi
Tedavi edilmiş bir hasta Cho/NAA ve Cho/Cr düzeylerinde artış görülmeye başlandığında nüks düşünülmelidir. Tam tersine Cho düzeyleri düşük seyirli ise radyasyon nekroz düşünülebilir. Laktat ve lipit ler izlemede yarar sağlamayıp nekroz ve nükslerde yüksek izlenebilirler. Biyopsi çalışmaları MRS incelemesinin karışık oranlarda nekroz ve nüks dokusunu birlikte içeren bölgelerde yanılgılara yol açtığını göstermiştir.
MRS yukarıda adı geçen hastalıklar dışında epilepsi, Parkinson hastalığı ve Huntington koresi, hipofiz tüberküloz tanısı gibi özellikli alanlarda kullanılmıştır.
Beyin dışında MRS meme ve prostat çalışmalarında kullanılmıştır.
Sorumluluk reddi: MRS ileri bir görüntüleme modalitesi olup, gelişmelerin hızlı ve aktif şekilde devam ettiği bir alandır. Bu yazı, yöntemi kısaca tanımanız açısından genel bilgilenme amacı ile hazırlanmıştır. Bu yazı peer review olarak adlandırılan değerlendirme sürecinden geçmemiştir. Yanlışlar içerebilir. Yazıyı tanı amacı ile veya size yardımcı olan uzman hekimi değerlendirmek amacıyla kullanmayınız.