vol. 4 6/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
314
radiologia
\
radiology
artykuł naukowy
\
scientific paper
jest więc poznanie składu chemicznego poszczególnych tkanek,
dyfuzji wody czy też przepływu krwi w mózgu w nieinwazyjny,
bezpieczny dla pacjenta sposób. Ponadto dąży się do stworze-
nia technik MR, które będą uwidaczniać konkretne zmiany pa-
tologiczne [2].
Obecnie rozwijany jest szereg technik MR, które dają informa-
cje diagnostyczne na temat funkcji życiowych organizmu: spek-
troskopia MR (MRS), czynnościowy MR (cMR, fMRI), dyfuzja MR
(DWI), dyfuzja-tensor (DTI), perfuzja MR (PWI) [3].
Spektroskopia (MRS)
Spektroskopia rezonansu magnetycznego MRS (
Magnetic
Resonance Spectroscopy
) jest wyspecjalizowaną techniką umoż-
liwiającą uzyskanie informacji o metabolizmie poszczególnych
narządów w ciele człowieka. Pozwala na wykrycie ilości oraz
przestrzennego rozkładu poszczególnych składników bioche-
micznych, które są częścią procesu metabolicznego w zdrowej
lub patologicznej tkance [5, 6]. Odbywa się to w sposób nieinwa-
zyjny przy wykorzystaniu właściwości obecnych w ciele człowie-
ka atomów
1
H,
31
P,
19
F,
13
C lub
23
Na znajdujących się w polumagne-
tycznym, czyli bez konieczności wykonywania biopsji [7]. Jednak
w zastosowaniu klinicznym najczęściej wybierany jest wodór (
1
H)
ze względu na swoją małą ruchliwość i szerokie występowanie
w organizmie człowieka, przez co badania wodorowej MRS nie
wymagają zapewnienia specjalnego sprzętu (np. specjalnych ce-
wek, dodatkowych przedwzmacniaczy i wzmacniaczy), a jedynie
dedykowane oprogramowanie komputerowe [8].
Metoda ta bazuje na efekcie przesunięcia chemicznego
atomu, czyli fakcie, że jądra różnych komórek precesują przy
różnych częstotliwościach [9]. W praktyce klinicznej na ogół
wykorzystuje się metodę pojedynczego voksela (SVS, ang.
sin-
gle-voxel spectroscopy
), w której sygnał odbierany jest z jedne-
go wyznaczonego miejsca w tkance [10] (wybór lokalizacji jest
zależny od potrzeb diagnostycznych). Pomiar wykonywany jest
z wykorzystaniem sekwencji PRESS (
Pointed-Resolved Spectro-
scopy
) lub STEAM (
Stimulated Echo Aquisition Mode
). Na podsta-
wie sygnału zarejestrowanego z konkretnego woksela oblicza-
na jest transformata Fouriera i tworzone są spektrogramy, na
których kolejne piki odpowiadają poszczególnym metabolitom.
Na osi odciętych pokazane jest przesunięcie chemiczne często-
tliwości sygnału wyrażone w ppm (
parts-per-million
), natomiast
na osi rzędnych jest amplituda sygnału. Poszczególne składniki
biochemiczne rozróżniane są poprzez lokalizację w spektrum na
osi x. Pole powierzchni pod danym pikiem w spektrum odpowia-
da stężeniu danego metabolitu [6, 8, 11-13].
Wpraktyce klinicznej wykonywana jest też spektroskopia wie-
lu wokseli MRSI (
Magnetic Rezonanse Spectroscopy Imaging
), na-
zywana również obrazowaniem przesunięcia chemicznego CSI
(
Chemical Shift Imaging, Multiple Voxels Hydrogen Spectroscopy
)
[10, 14, 15]. Wykorzystuje się w niej dwie metody: echoplanar-
ną EPSI (
Echoplanar Spectroscopy Imaging
) i spiralną MRSI (
spiral
MRSI
) [10]. W tym przypadku, w wyniku otrzymuje się mapy, na
których poziom stężenia danego metabolitu jest kodowany za
pomocą koloru. Dzięki temu można zobrazować rozkład meta-
bolitu w całymmózgu. Istnieje jednak problem, że dane te mogą
zawierać artefakty związane z wyciekaniem wokseli (
voxel ble-
eding
), czyli zaszumieniem sygnału z woksela przez otaczające
go woksele [6, 8, 11].
W wyniku badania wyznaczane jest stężenie różnych meta-
bolitów występujących w danej tkance. W spektrogramie otrzy-
manym w wyniku badania
1
H-MRS zdrowego mózgu najwyższe
piki tworzą substancje: N-acetyloasparaginian (NAA, pik przy
2,02 ppm), cholina (Cho, pik przy 3,22 ppm) oraz kreatyna (Cr,
pik przy 3,02 ppm). Są one też w spektrum w zdrowej tkance
wyraźnie odróżnialne niezależnie od zastosowanego czasu echa
TE (
Echo Time
).
Funkcja tej substancji jeszcze nie została dobrze
poznana, jednak wiadomo, że powstaje ona w neuronach, przez
co jest markerem żywotności i gęstości neuronów. Cholina ze
względu na fakt, że buduje błonę komórkową (fosfatydylocho-
lina), uczestniczy w syntezie i jej degradacji, a więc w proliferacji
komórek [16]. Kreatyna natomiast odzwierciedla gospodarkę
energetyczną organizmu, ponieważ odpowiada za metabolizm
wewnątrzkomórkowy. Przyjmuje się, że jej stężenie jest stałe,
przez co służy często jako metabolit referencyjny przy oblicza-
niu stosunków metabolitów (np. NAA/Cr) [8]. Jednak znane są
przypadki zmian tej wartości, np. zmieniony pik Cr w spektrum
może świadczyć o występowaniu nowotworu złośliwego lub
udaru. Ponadto, w zależności od zastosowanego czasu echa TE
oraz siły pola elektromagnetycznego skanera MR, wykrywane
mogą być też m.in. mleczany (Lac, przy 1,33ppm), lipidy (Lip, du-
blet przy 0,9 i 1,3 ppm), glukoza (Glc), glutamina i glutaminiany
(Glx), mioinozytol (Myo, 3,56 ppm), GABA (kwas gammaamino-
masłowy), alanina (Ala, 1,48 ppm) [15, 16]. W zdrowym mózgu
dorosłego człowieka mleczany nie powinny być w ogóle rozróż-
nialne od artefaktów towarzyszących sygnałowi, ponieważ są
produkowane w procesie metabolizmu beztlenowego. Również
piki odpowiadające mleczanom nie powinny być widoczne, jedy-
nie dla czasu TE z zakresu 135-144 ms, ponieważ wtedy następu-
je inwersja pików Lac, przez co piki te są widoczne na spektogra-
mie poniżej linii bazowej [1, 2, 6, 8, 9, 11].
Badania
31
P-MRS umożliwiają natomiast dokonanie anali-
zy stężenia metabolitów, które zawierają fosfor: fosfomono-
estrów (PME), nieorganicznych fosforanów (P
i
), fosfodiestrów
(PDE), fosfokreatyny (PCr) i adenozynotrifosforanów (α-ATP,
β-ATP, γ-ATP). Fosfomonoestry (fosfocholina, PC oraz fosfo-
etanolamina, PE) i fosfodiestry (glicerofosfocholina, GPC oraz
glicerofosfoetanolamina, GPE) są markerami odpowiednio syn-
tezy i rozpadu błony komórkowej. Nieorganiczny fosforan (Pi)
jest przyłączany do ADP w reakcji syntezy ATP katalizowanej
przez obecność PCroku, ATP natomiast stanowi nośnik energii
chemicznej, używanej w metabolizmie komórki. Ponadto na
podstawie analizy względnego położenia pików Pi i PCr obliczyć
można wewnątrzkomórkowe pH [17].
Podczas gdy MRI pozwala na wykonanie jedynie obrazów
przedstawiających strukturę badanego narządu, MRS dostarcza
