Den aldrende hjerne. -undersøgelse med avancerede MR-teknikker

Transkript

1 Den aldrende hjerne -undersøgelse med avancerede MR-teknikker Egill Rostrup, MD, DMSc Functional Imaging Unit, Dep. of Clinical Physiology and Nuclear Medicine, Glostrup Hospital, Copenhagen

2 Oversigt Hvad er MR scanning? Hjernens anatomi Hjernevævets struktur Blodforsyning og funktion! Aktuelle studier Hjernen og aldring Hvorfor? Normal aldring Patologisk aldring Metropolit kohorte Alzheimer i Europa Conclusion

3 Hvad er MR? MR: Magnetisk Resonans MRI: MR Imaging MRS: MR Spektroskopi

4 Hvad er MR? Huskelisten: Atom kerne med non-zero spin Ikke ioniserende En stærk magnet En radio-sender + modtager

5 Hvilke atom kerner kan bruges? Et ulige antal protoner og/eller neutroner Nucleus Spin Quantum No. Resonance Frequency at 1 T [MHz] Natural abundance % 1 H 1/ D C 1/ F 1/ Na 1 1/ P 1/ C og 16 O har spin 0 1 H er hyppigst (H 2 O) og langt mest anvendt i biologi

6 Thermal equilibrium

7 Radiobølger giver Ekko Spin ( 1 H i vand eller fedt) kan exciteres med radiobølger ved resonansfrekvens Idet ligevægt genvindes, udsendes radiobølger af samme frekvens Frekvens er proportional med feltstyrke

8 Selektiv Excitation Skive lokalisation og tykkelse bestemmes ved felt-gradient:

9 Selektiv Excitation Skive lokalisation og tykkelse bestemmes ved felt-gradient:

10 Selektiv Excitation Skive lokalisation og tykkelse bestemmes ved felt-gradient:

11 Selektiv Excitation Skive lokalisation og tykkelse bestemmes ved felt-gradient:

12 Stedbestemmelse ved hjælp af feltgradient B 0

13 MR Scanning

14 Hvad kan vi med MR? Anatomi! Kortex tykkelse Perfusion - CBF map Funktionel MR, håndens områder Spontan aktivitet - default mode network

15 kvantitativ Anatomi Høj-opløst 3D scanning (1 mm 3 voxels) Hjerne volumina opnås manuelt eller automatisk. Specielle teknikker ( sekvenser ) til f.eks. - hvid substans forandringer - (mikro)-blødninger

16 MR-Scanning i farver... Hjernens fiber strukturer vises i farver Retning angives med rød, grøn, blå

17 Vand diffusion i Hjernen er Anisotrop Beaulieu 2002, 15,435

18 System i Fiberbanerne? Van Wedeen, 2012, Science

19 System i Fiberbanerne? Van Wedeen, 2012, Science

20 Oversigt Hvad er MR scanning? Hjernens anatomi Hjernevævets struktur Blodforsyning og funktion!

21 Når hjernen arbejder... CBF!! CBV!! % + 30 % CMRO 2! +! 5 % Fox et al. -86, -88 CMRglc! +! 50%

22 Hjernens Funktion & MR? Det handler om: Hemoglobin!! BOLD- metoden: Blood Oxygenation Level Dependent

23 BOLD is sensitive to Deoxyhemoglobin CMRO 2 rcbf Resting condition, OEF~0.4 CMRO 2 rcbf Activation, with marked increase in CBF, - and some increase in CMRO 2 rcbf CMRO 2 Activation, with increase in CBF CMRO 2 - and CBV

24 Early Human study Task related Flow-sensitive activation BOLD Kwong 1992, 5675

25 Aktivering vs Tomgang... Spil for at vinde! Afslapning

26 Spontane oscillationer danner netværk Damoiseaux 2008, p 1856

27 Default Mode Network Det indre liv... Buckner, 2008, 1

28 Hjernen som netværk Netværks parametre kan beregnes både fra strukturelle og funktionelle data Mulig korrelation med kognitiv funktion VanDenHeuvel 2009, p7619

29 Oversigt Hvad er MR scanning? Hjernens anatomi Hjernevævets struktur Blodforsyning og funktion! Hjernen og aldring Hvorfor? Normal aldring Patologisk aldring

30 Aldring er populært Befolknings pyramider ændrer form De vestlige lande fører, men Udviklingslandene følger med! Forventligt tilsvarende stigning i aldersrelaterede sygdomme. At forudsige og følge! Thomas Söderqvist: IARU installation, An Aging World, 2010

31 Atrofi, automatisk analyse Normal aldring: Frontale og temporale område Mindst påvirket: occipital og medial temporal lap. Hutton 2009, p 371 Fjell 2009, p 2001

32 Alzheimers Sygdom Gentagne scanninger afslører hastig atrofi rate i hukommelses relaterede områder: hippocampus Bastos Leite, 2004, p 369

33 Forandring i den aldrende hjerne Deep White Matter Myelin loss Arteriolosclerosis Periventricular Loss of ependymal lining Visual grading systems: Grade 1 Grade 2 Grade 3 Fazekas 1993, p 1683

34 Vaskulær Demens Små-kars sygdom: - Hvid substans - Lakunære infarkter, mikroblødning, perivaskulære rum. Stor-kars sygdom: - Territorielle infarkter

35 Alzheimers Sygdom og hjernens blodforsyning AD skyldes primært aflejring af Amyloid-! Nedsat flow kan hæmme Amyloid-! clearance Nedsat flow og karreaktivitet ses ved både AD and hypertension. Appelman, 2008, p 633 Zlokovic, 2005, p 202 Jennings, 2005, p 1358

36 Hjernens Regionale Blodforsyning Endogent sporstof: H 2 O Magnetisering af blod i halskarrene Fordeling til hjerneregioner

37 Funtionelle Studier Nedsat vaskulær reaktivitet Spontan aktivitet, Default Mode - Nedsat synkronicitet i MCI and AD - Synkronicitet nedsat i forhold til symptomsværhed. - Samme regioner som primært viser nedsat perfusion hos AD patienter: post. cingulate and parietal regions.

38 Oversigt Hvad er MR scanning? Hjernens anatomi Hjernevævets struktur Blodforsyning og funktion! Aktuelle studier Hjernen og aldring Hvorfor? Normal aldring Patologisk aldring Metropolit kohorte Alzheimer i Europa Conclusion

39 Metropolit Studiet! Cognitive function at military draft vs age 57!

40 Foreløbige MR Resultater Kontrol gruppe viser normal hæmning af ikke-relevante områder under aktivitet. Gruppe med fald i kognitiv funktion viser uændret aktivitet Task-induced deactivation er en markør for ændring i hjernefunktion på et tidligt stadium.

41 Europæisk Samarbejde om Perfusionsmåling

42 Konklusion Magnetisk Resonans billeddannelse er baseret på måling af vand-molekyler Talrige og forskellige dimensioner: anatomi, mikrostruktur, blodforsyning, funktion Anvendes både klinisk og til forskning

43 That s all...