Magnetresonans mer än bara bilder! Nya MR-tekniker kan ge bättre diagnostik, terapikontroll och utvärdering av hjärnans funktion

Transkript

1 Magnetresonans mer än bara bilder! Nya MR-tekniker kan ge bättre diagnostik, terapikontroll och utvärdering av hjärnans funktion De senaste årens utveckling har medfört att magnetresonans, förutom att ge oss morfologisk information, också kan användas för att mäta perfusion och diffusion, utvärdera aktivering av hjärnan samt för att få kemisk information genom så kallad magnetresonansspektroskopi. Bildgivande MR (magneresonanstomografi), har stor betydelse för morfologisk diagnostik av sjukdomstillstånd i hjärnan. Bildkvaliteten har alltmer förbättrats genom utveckling av magnetresonansmaskinerna och tillhörande mjukvara, och de bilder som produceras av moderna utrustningar har en mycket hög upplösning, som i kvalitet närmar sig anatomiska snitt. Under de senaste åren har MR fått ännu en potentiell roll: från att ha varit ett instrument huvudsakligen för morfologisk diagnostik har den tekniska utvecklingen gett möjlighet att också använda MR för att få funktionell information i form av perfusions- och diffusionsmätningar, utvärdering av hjärnaktivering vid olika stimuli och kemisk information i form av magnetresonansspektroskopi. Den här artikeln ger en beskrivning av dessa nya tekniker och visar hur de kan användas kliniskt. Diffusionsviktad MR känslig för ischemi Modern diffusionsviktad MR-utrustning med högpresterande gradientspolar kan göra bilder av mätvolymen som är känsliga för molekylarrörelser: den slumpmässiga rörelsen av vattenmolekyler kan, i närvaro av speciella så kallade diffusionskodande gradienter, skapa en signalsänkning i MR-bilden. Diffusionen varierar mycket mellan olika medier; till exempel är rörligheten stor i cerebrospinalvätskan, medan den är mycket begränsad för intracellulärt vatten där cellväggar och organeller utgör ett hinder. Interstitiell vätska intar en mellanställning. Vid sjukliga tillstånd, som till exempel cerebral ischemi, ändras balansen mellan olika vätskecompartments så att man får en större mängd intracellulärt vatten, så kallat cytotoxiskt ödem, som ger en lokalt låg diffusion, medan den interstitiella vätskemängden minskar sekundärt till cellsvullnaden (Figur 1). Metoden är sålunda extremt känslig för cerebral ischemi, som kan upptäckas med denna typ av bilder redan under de första timmarna efter att patienten insjuknat [1]. Metoden har redan fått stor betydelse för klassificering av stroke, vilket är mycket viktigt för korrekt terapival. Sannolikt kommer metoden att få ytterligare ökad betydelse i framtiden när mer aggressiv trombolysbehandling införs i större skala och det är nödvändigt med noggrann patientselektion för att erhålla goda resultat. Även för patientselektion och utvärdering av resultat vid cytoprotektiv behandling torde metoden vara mycket användbar. Metodens känslighet illustreras genom att man kan notera molekylarrörelser i normala axoner. Man får nämligen olika signal beroende på om man gör bilden känslig för rörelse i axonens längsrikt- Författare STIG HOLTÅS professor i neuroradiologi, överläkare FREDDY STÅHLBERG docent, universitetslektor i MR-fysik; bägge avdelningen för diagnostisk radiologi, jubileumsinstitutionen, Universitetssjukhuset i Lund. 266

2 Figur 1. Sjuttioårig patient som insjuknar med akut högersidig hemipares. Datortomografi (till vänster) och bildgivande MR (mitten) visar ospecifika förändringar i vita substansen bilateralt. Diffusionsviktad MR-bild (till höger) visar tydligt en vänstersidig fokal förändring med nedsatt diffusion (högre signal), förenligt med färsk ischemi. ning eller vinkelrätt mot denna. Slutligen kan man med denna teknik, förutom att skapa bilder, också få ett kvantitativt värde på diffusionen, vilket kan vara användbart vid klassificering av olika sjukdomstillstånd och vid utvärdering av terapieffekt. Perfusionsmätning kan ersätta isotopmetoder Med modern MR-utrustning kan bildtagning ske med mycket korta intervall, eftersom varje enskild bild inte behöver ta mer än bråkdelar av en sekund att generera. Även här spelar prestanda hos maskinens gradientsystem en avgörande roll. Genom att injicera ett kontrastmedel och ta snabba bilder under injektionen kan man sålunda studera hjärnans genomblödning [2]. Det valda körschemat (eller pulssekvensen) avgör om signalen ökas eller minskas i samband med konstrastmedelspassagen. I hjärnan används oftast en teknik i vilken kontrastmedlet ger en kortvarig sänkning av Patienten skall just undersökas med fmri (functional MRI), en metod som gör det möjligt att studera vilka områden av hjärnan som aktiveras vid olika stimuli. signalen under sin första passage. Man kan med kännedom om signaländringens tidsförlopp få kvantitativa uppgifter om blodvolym och även perfusion, om bildtagningen har skett med tillräcklig hastighet och man känner injektionsprofilen av det injicerade kontrastmedlet. Metoden har stora fördelar jämfört med de isotopmetoder som används idag, eftersom upplösningen väsentligt kan förbättras, och dessutom kan man erhålla detaljerad morfologisk information vid samma undersökningstillfälle. Kvantitativa perfusionsmätningar som täcker hela hjärnan är emellertid ännu inte fullt utvecklade för introduktion i rutinmässig diagnostik. En sådan utveckling kan dock förväntas inom de närmaste åren. Idag används istället metoder som ger relativ pefusionsinformation (Figur 2). Metoden har samma indikationsområden som mätning av cerebral cirkulation med nuvarande isotopmetoder. Sålunda är mätningarna användbara vid demensutredningar, epilepsi och cerebrovaskulära sjukdomstillstånd. Aktivering av hjärnan mäts med ny metod Med den metod som internationellt har beteckningen fmri (functional MRI) kan man studera vilka områden av hjärnan som aktiveras vid olika former av stimuli. Metoden bygger på att oxyhemoglobin och deoxyhemoglobin har olika magnetiska egenskaper, och förändrad mängd av de olika komponenterna kan därför registreras av kameran. Vid stimulering ökar cirkulationen och mängden deoxyhemoglobin minskar, vilket med rätt valt körschema kan ge en lokalt ökad magnetresonanssignal. När sedan bilder tagna före stimuleringen subtraheras från bilder tagna under stimulering, eller bilderna på annat sätt jämförs statistiskt, kommer de aktiverade områdena att framträda tydligt (Figur 3). Ett intensivt forskningsarbete pågår runtom i världen, där man använder denna metod, och experimentellt har man framför allt arbetat med synbarksoch motorbarksstimulering [3]. På senare tid har också studier utförts för lokalisering av språkfunktioner, vilket är av speciellt värde vid utredning av patienter som planeras genomgå epilepsikirurgi [4]. Studier av denna typ uföres också med positronemissionstomografi Figur 2. Perfusionsviktad bild. Mörka områden indikerar hög genomblödning, som i hjärnbarken, och ljusare områden lägre genomblödning. Denna patient har en stor infarkt i vänster frontallob, orsakad av ocklusion av arteria pericallosa. Den bristande genomblödningen i infarkten gör att den blir helt vit på bilden.! 267

3 ANNONS

4 Figur 3. Aktivering av hjärnbark vid språkstimulering. I de färgade bildelementen erhölls en signifikant signalökning (= lodflödesökning) vid aktivering jämfört med vila när försökspersonen tyst formulerar ord som börjar på en bestämd konsonant. (PET), men fördelen med magnetresonanstekniken jämfört med positronemissionstomografi är att utrustningen är mer spridd, och undersökningar kan sålunda utföras även utanför specialcentra. Kliniskt har metoden betydelse framför allt för lokalisering av motorfunktioner i relation till tumörer som skall opereras och, som sagt, för lokalisering av språkfunktioner inför epilepsikirurgi. Kemisk analys med MR-spektroskopi MR-spektroskopi (MRS) har använts för provrörsanalys inom biokemin sedan 1950-talet. Sedan mitten på 1980-talet har analysmetoden funnits tillgänglig för studium av proton- och fosforspektra på kliniska magnetkameror av högfältstyp. Med dessa har man sålunda kunnat göra en kemisk analys in vivo, där man förutom att få ett spektrum över metaboliterna också fått en lokalisering av mätområdet. Metoden har företrädesvis använts för analys av olika patologiska tillstånd i hjärnan [5]. Emellertid har den kliniska användningen av metoden blivit begränsad, vilket framför allt har berott på att tekniken varit synnerligen komplicerad och har krävt långa undersökningstider. På senare år har dock skett en mycket kraftig teknisk utveckling, vilket har medfört ett betydligt förenklat handhavande. Med dagens utrustning kan man få reproducerbara protonspektra av hög kvalitet i mycket hög procent. Mätningarna kan göras med olika tekniker, dels med så kallad»single volume spectros-copy» (SVS) där man analyserar ett spektrum från en enstaka delvolym av hjärnan, dels med en metod som kallas»chemical shift imaging» (CSI). Vid CSI får man spektra från ett flertal delvolymer, samtidigt som dessa kan överlagras på den morfologiska bilden. På så sätt kan man till exempel få en karta överlagrad på den morfologiska bilden som visar koncentrationer av olika metaboliter, till exempel N-acetylaspartat som är en neuronmarkör, kolin som är en membranmarkör som finns i ökad koncentration i tumörer (Figur 4) eller laktat som ses vid ischemi och olika nedbrytningsprocesser. Kliniskt har MR-spektroskopi alltmer blivit en rutinmetod och fått betydelse för differentialdiagnostik vid svårtolkade fall, men metoden kommer sannolikt att ha sin största betydelse vid terapikontroll. Snabb utveckling MR har utvecklats från att ha varit ett instrument för morfologisk diagnostik 269

5 EPILEPSI VINJETT: GUNNAR BEREFELT Särtryck av en serie i Läkartidningen till att också kunna ge funktionell information i form av perfusion, diffusion och hjärnaktivering. MR-spektroskopi medger analys av metaboliter, samt lokalisering av dessa. Diffusionsmätningar och spektroskopi har redan fått stor betydelse i den kliniska rutindiagnostiken, medan perfusionsmätningar och hjärnaktiveringsstudier kan förväntas utvecklas snabbt och introduceras i klinisk rutin i framtiden. 270 Figur 4. Femtioårig man med kort anamnes med symtom som kliniskt i första hand tolkas som encefalit. Konventionell bildgenererande MR visar bilaterala förändringar i vita substansen supratentoriellt och även i hjärnstammen. Uppe till vänster: T2-viktad bild visar bilaterala vitsubstansförändringar (områden med hög signal). Uppe till höger: T1- viktad bild efter kontrast visar uppladdning (området med hög signal) på vänster sida. Nere till vänster: MR-spektroskopi från området med kontrast-uppladdning visar kraftig ökning av kolin (Cho), som är en membranmarkör i gliavävnad, samt minskad koncentration av N-acetylaspartat (Naa), som är en neuronmarkör. Nere till höger: MRspektroskopi från normal hjärna visar hög N-acetylas-partatkoncentration och betydligt lägre kolinkoncentration. Undersökningen visar sålunda ett typiskt tumörspektrum och encefalitdiagnosen kan avfärdas. Tumördiagnosen (astrocytom) verifieras vid senare biopsi. Referenser 1. Warach S, Gaa J, Siewert B, Wielopolski P, Edelman RR. Acute human stroke studied by whole brain echo planar diffusionweighted magnetic resonance imaging. Ann Neurol 1995; 37: Brix G, Rempp K, Gückel F, Hoffmann U, Semmler W, Lorenz WJ. Quantitative assessment of tissue microcirculation by dynamic contrast-enhanced MR imaging. Advances in MRI Contrast 1994; 2: Le Bihan D, ed. Diffusion and perfusion magnetic resonance imaging. Applications to functional MRI. New York: Raven Press, Desmond JE, Sum JM, Wagner AD, Demb JB, Shear PK, Glover GH et al. Functional MRI measurement of language lateralization in Wada-tested patients. Brain 1995; 118: Ross B, Michaelis T. MR spectroscopy of the brain: neurospectroscopy. In: Edelman, ed. Clinical MRI. Philadelphia: Saunders, 1996: Epilepsi är en av de största grupperna av neurologiska sjukdomar. Omkring personer i Sverige har aktiv epilepsi, och man räknar med att ca 10 procent av befolkningen någon gång får ett epileptiskt anfall. De senaste årens utveckling har inneburit väsentliga förändringar i diagnostiken och behandlingen av epilepsi. Farmakologisk terapi gör relativt snabbt en dominerande andel patienter anfallsfria, och prognosen på längre sikt är inte heller ogynnsam. Förändringarna i diagnostiken och tillkomsten av flera nya medel motiverar den uppdatering som Läkartidningens serie om epilepsi syftade till. Seriens artiklar har nu samlats i ett särtryck, som utöver farmakoterapi och kirurgisk behandling belyser epidemiologisk differentialdiagnostik, utredning samt rehabilitering. Även de särskilda problemen vid epilepsi och graviditet analyseras. Häftet omfattar 9 artiklar på sammanlagt 40 sidor + omslag. Priset är 45 kronor, vid köp av ex 40 kronor och vid större upplagor 35 kronor/ex. Beställer härmed... ex Epilepsi Namn Adress Postnummer/Postadress Insändes till Läkartidningen, Box 5603, Stockholm Märk gärna kuvertet»epilepsi» Telefax: