31. januar 2011. Avanceret MR A-kursus Århus 2011

31. januar

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Motivation for DTI og fibertracking Første in vivo metode til bestemmelse af nervefiber retningen. Ny kontrastmekanisme i afbildning af hjernen Klinisk anvendelse Ny markør i diagnostikken Fiberlokalisering ved neurokirurgiske operationsplanlægning ---. Neurovidenskabelig forskning Nervesystemets udvikling og modnings fase Hjernens plasticitet ---. 31. januar

Note 1 DTI finder retningen af størst selvdiffusionen (diffusionen) og der er god grund til at antage at denne er parallel med nervefiberretningen i områder af hjernen med de store ledningsbundter med mange parallelle nervefibre. 31. januar

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Hvad er diffusion Diffusionsvægtet MRI Anisotrop diffusion Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Hvad er diffusion Diffusion er Brownske molekylebevægelser. X = 2Dt D afhænger af vævets mikrostruktur D i vand er 3*10-3 mm 2 /s D i hvidsubstans er 0,7*10-3 mm 2 /s D i gråsubstans er 0,8*10-3 mm 2 /s 31. januar 30 µm

Hvordan måler vi diffusion uden diffusion Tiden t Position z Tiden t Faseskift under gradienten Gz 180 puls Faseskift under gradienten Gz 31. januar

Hvordan måler vi diffusion med diffusion Tiden t Position z Tiden t På grund af de stokastiske bevægelser fås en stokastisk fasespredning der resulterer i tab af signal. 31. januar

Diffusionsvægtet Spin Ekko 90 180 ekko G δ ln(s/s 0 ) = -γ 2 G 2 δ 2 (δ Δ/3) D Δ b = γ 2 G 2 δ 2 (δ Δ/3) 31. januar

Note 2 γ er en natur konstant, den gyromagnetiske ratio. G er bestemt af pulssekvensen og er kendt δ er bestemt af pulssekvensen og er kendt Δ er bestemt af pulssekvensen og er kendt b = γ2 G2 δ2 (δ Δ/3) er bestemt af pulssekvensen og kan beregnes. Typiske b-værdier er 1000 s/mm 2 31. januar

Enheder b: s/mm 2 ADC = D: mm 2 /s 31. januar

T2 effekter infarkt frisk eller subakut? DWI 31. januar

T2 effekter ADC = D Subakut, ADC lig med normal grå substans. 31. januar

Note 3 Husk at Diffusions vægtede billeder DWI er T2 ekkoplanar billeder der samtidig er diffusionsvægtede. Hvis T2 er lang og der er hyperintenst signal på T2 billedet kan de høje signal på DWI billedet alene skyldes T2 effekten. 31. januar

Anisotropi i hvid substans 31. januar

Note 4 Høj diffusion parallelt med fibrene og dermed stor middel vandring som ses nederst i figuren til højre. Mindre (lav) selvdiffusion vinkelret på fibrene og dermed lille middel vandring som ses nederst på figuren til venstre. Diffusion er væsentligst bestemt af ekstracellulærvæsken. 31. januar

Anisotropi Kodning i mindst tre retninger X, Y & Z Beregne kombineret billede D trace = (D x + D y + D z )/3 31. januar

Retning af maksimal selvdiffusion Kodning i mindst 6 retninger Typisk kodning i 6 24 retninger Måletid 20 40 minutter Højt S/N forhold nødvendigt Mange gennemsnit eller mange retninger 31. januar

Forudsætninger Organet må ikke bevæge sig Lang T2 relaksatationstid Lille blodvolumen 31. januar

Anisotrop diffusion Ingen DW (I 0 ) x-retning (I x ) y-retning (I y ) z-retning (I z ) 31. januar

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Hvad er diffusion Diffusionsvægtet MRI Anisotrop diffusion Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Diffusionstensor 31. januar

Diffusionstensor billeddanneldse 31. januar

Fremstilling af retninger 31. januar

Anisotropi 31. januar

Note 4 Farverne angive retningen af maksimal diffusion. Rød: højre mod venstre Blå: op - ned Grøn: anteriort - posteriort 31. januar

Normal hjerne 31. januar

Note 5 Corpus callosum er rød, ledningsbaner løber højre mod venstre 31. januar

Fractional anisotropy FA beregnes ud fra eigenvalues (λ1,λ2,λ3) af diffusion tensor. Trace FA ligger mellem 0 og 1. 0 for ens diffusion i alle retninger. 1 for diffusion i en retning og ingen diffusion vinkelret her på. 31. januar

Fractional anisotropy 31. januar

Note 6 FA angiver graden af anisotropi. Hvis der kun er diffusion i én retning er FA = 1 (dette vil næppe ses i biologien) Hvis FA = 0 er diffusion ens i alle retninger og ses i f.eks. CSF, absces med pus, nekrose og cyster. Almindelig WM har FA > 0,2 31. januar

Grænser for DTI Disotrop + Krydsende fibre kiss eller cross Danisotrop =? Vi finder ingen fibre. 31. januar

Multitensor modeller Konventionel DTI FA kort Retningskort Retningskort Sagittalt billede 31. januar MDT

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Hvad er diffusion Diffusionsvægtet MRI Anisotrop diffusion Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Strømlinie algoritme Ide: Hoveddiffusionsretningen danner et vektorfelt Kurven følger vektorfeltet 31. januar

FACT-algoritme Bygger på Første hovedakse af diffusionsellipsoiden. FA indeks Kurven følger hovedaksen i voxelen. Udgangspunkter et center af voxelen FACT = fast marching tractography 31. januar

FACT afbrud kriterier FA indeks for den aktuelle voxel er minder end f.eks. 0,2 Kurven ændre retning fra en voxel til den næste med mere end f.eks. 40 grader 31. januar

FACT algoritmen Fibre udvælges ved hjælp af ROI er ROI til fiber selektion 31. januar

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Hvad er diffusion Diffusionsvægtet MRI Anisotrop diffusion Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Klinisk anvendelse Karakteristik af patologiske forandringer Middeldiffusion (ADC) Anisotropi (FA) Patologi Ekstracellulært ødem Celle død og nekrose Cellerige tumorer f.eks. lymfomer højgrads gliomer Tumorer Cytotoksisk ødem (infarkt, epilepsi, encefalit) 31. januar ADC + + - FA - + - +(wm)

Specielle anvendelser Problemstilling ADC FA Hjernens modning - + Normale aldring af hjernen + - Akut infarkt - + Kronisk infarkt + - Epilepsi hippocampossclerose + - Epilepsi kortikal dysplasi + - Metaboliske sygdomme med demyelinisering + - Metaboliske sygdomme med dysmyelinisering + - Lavgradsgliom + - Højgrads gliom cellerig - - Nekrose + - - - Absces 31. januar

X-linked Adrenoleukodystrophy Pt. 1: Klinisk ALD ADC + & FA - Pt. 2: Ingen kliniske symptomer ADC normal & FA normal 31. januar Schneider et al. 2003

Note 6 Bemærk at FA stiger med modning af hjernen, p.g.a. myelinisering. Bemærk at FA stiger ved cytotoksisk ødem, da ekstracellulær volumen falder. 31. januar

Epilepsikirurgi 1 Symptomatisk epilepsi efter intracerebral blødning. Postoperativt Anfaldsfri. Venstresidig synsfelt indskrænkning. Halvsidig lammelse som langsomt bedredes på korison. 31. januar

Epilepsikirurgi 2 Postoperativ MR Fremstilling af fiberbaner i operationsområdet med steriotaksisystem. 31. januar Kreher BW 2005

DTI Tumor i cerebellum Tumor i cerebellum 31. januar

Tumor i cerebellum 31. januar

Tumor i cerebellum 31. januar

Note 7 Er Fa i nærheden af 1, d.v.s. ens diffusion i alle retninger bestemmer algoritmen ingen retning og området er sort. Sorte områder kan være tumor, nekrose og CSF m.v. 31. januar

31. januar

Note 8 Fibrene løber uden om tumor. 31. januar

31. januar

Absces T2 31. januar

Absces DWI 31. januar

Absces ADC 31. januar

Note 9 Lav diffusion i pus. Høj diffusion i inflammeret væv. Meget høj diffusion i ødem. 31. januar

Tumor T2 31. januar

Tumor DWI 31. januar

Tumor ADC 31. januar

Note 10 Meget høj diffusion i nekrose. Høj diffusion i lavgradsgliom. 31. januar

Dermoid T2 31. januar

Dermoid DWI 31. januar

Dermoid ADC 31. januar

Note 11 Lav diffusion i dermoid cyste. Meget høj diffusion i CSF. 31. januar

Status epilepticus T2 31. januar

Status epilepticus DWI 31. januar

Status epilepticus ADC 31. januar

Note 12 Lav diffusion i cytotoksisk ødem i område med stor elektrisk aktivitet p.g.a. status epilepticus. Forandringen kan være reversibel med korrekt behandling. 31. januar

Gennemgang Motivation for DTI og fibertracking Indføring : Diffusion i MRI Hvad er diffusion Diffusionsvægtet MRI Anisotrop diffusion Diffusionstensor billeddannelse DTI Tracking algoritmer Anvendelse Diskussion 31. januar

Diskusion DTI ny markør til forbedring af diagnostikken. I klinik og forskning har DTI et stort potentiale. men Diffusionstensor er utilstrækkelig i mange af hjernens regioner. Der mangler standardiserede algoritmer til fibertracking. 31. januar

Henvisning http://en.wikipedia.org/wiki/diffusion_mri 31. januar

Test(1) T1 31. januar

Test(1) T2 31. januar

Test(1) EPI T2 og DWI 31. januar

Test(2) T2 31. januar

Note 13 Akut infarkt 31. januar

Test(2) FLASH og T2 31. januar

Test(2) EPI T2 og DWI 31. januar

fmri 31. januar

Note 14 Akut infarkt Kontusions blødning 31. januar

Perfusion 31. januar

Perfusion anvendelser Akut infarkt Asfyksi følger Hjertestop følger SAH Traumer Carotis eller vertebralis stenose Tumorer rcbv/(rcbv WM) 5,51 ±2,1 Metastaser rcbv/(rcbv WM) 4,6 ± 1,2 Absces rcbv/(rcbv WM) 0,8 ± 0,1 Erdogan, Cuneyt MD; Hakyemez, Bahattin MD; Yildirim, Nalan MD; Parlak, Mufit MD 2005 31. januar

Note 15 Lav perfusion i solidt nekrotisk væv ved absces i modsætning til de vel perfunderede tumorer og metastaser. Pus har ingen perfusion. Nekrose har ingen perfusion. 31. januar

MR-scanner Fra MR-scanningen Patient bliver scannet: Anatomisk scan, DTI og fmri serie sendes til BrainLab iplan Net server. Et anatomisk scan Et DTI scan Et fmri På iplan Net server via web interface Anatomisk scan, DTI og fmri scan sammenlægges så anatomi passer sammen. Beregning af DTI og fmri volumen 31. januar VectorVision De sammensatte og beregnede DTI og fmri serie loades ind i VectorVision.

Role of diffusion- and perfusionweighted MR imaging for brain tumour characterisation. Rizzo L, Crasto SG, Moruno PG, Cassoni P, Rudà R, Boccaletti R, Brosio M, De Lucchi R, Fava C. 2009 Istituto di Radiologia Università di Torino Sede San Luigi, Orbassano, Italy. lrizzo@sirm.org PURPOSE: This study was undertaken to correlate apparent diffusion coefficient (ADC) and relative regional cerebral blood volume (rrcbv) to histological findings in a large series of patients with primary or secondary brain tumours to evaluate diffusion-weighted (DWI) and perfusion-weighted (PWI) imaging in the characterisation of cerebral tumors. 31. januar

MATERIALS AND METHODS: Ninety-eight patients with cerebral tumours, 46 of which were primary (seven grade 0-I, nine low-grade gliomas, two gliomatosis cerebri, nine lymphomas and 19 high-grade gliomas) and 52 secondary RESULTS: Seventeen of 98 tumours were cystic or necrotic (12/17 hypointense and 5/17 hyperintense on DWI); the ADC value of hyperintense cystic areas was 0.97+/-0.23x10(-3) mm2/s. The ADC value of solid tumours varied between 0.64 and 3.5x10(-3) mm2/s. The rrcbv value was 1.40 (sigma 0.66) in low-grade gliomas; 1.22 (sigma 0.25) in lymphomas; 4.50 (sigma 0.85) in grade III gliomas; 3.18 (sigma 1.26) in grade IV gliomas and 2.53 (sigma 1.6) in metastases. CONCLUSIONS: DWI has an important role in the differential diagnosis of cystic cerebral masses but not in tumour characterisation. PWI is helpful in differentiating high-from low-grade gliomas and lymphomas from highgrade gliomas. 31. januar

Note 16 Lavgrads gliomer har større perfusion end normal WM men ikke så høj som de maligne tumorer. 31. januar