Spettroscopia

Una diminuzione del citrato con metabolismo unico di citrato e zinco e diminuzione delle poliammine

probabilmente legata a proliferazione e funzioni secretorie. La creatina sarà stabile mentre la colina si

abbassa. Posso usare delle IR per sopprimere il segnale del grasso, selezionando una ROI che ingloba

la ghiandola e poi rimuovo l’adipe, usando anche bande di saturazione dei lipidi in modo preciso per

andare a sagomare la roi. Uso una tecnica multivoxel perché il cancro di solito è multifocale.

In condizioni fisiologiche infatti l’enzima aconitasi è inibito per cio l’acido citrico non è metabolizzato e

si accumula, cosa che come abbiamo visto non si verifica in caso di condizione patologica.

Uno studio per la valutazione della ripresa in seguito a trattamento se mostra un rapporto Cho/Cr>

1.5 ppm posso avere un residuo di malattia o ripresa della stessa.

Dagli anni 2000 è stata introdotta la Gleason score che caratterizza il grado dell’adenocarcinoma della

prostata tramite prelievo bioptico o pezzo operatorio. Lo score è dato dal grado (che va da 1 a 5) dei

due tipi di cellule più rappresentate. Il Gs va da 2 (meno aggressivo) a 10 (più aggressivo). La MRS

non si usa per diagnosticare il tumore primario ma per soggetti con psa alterata ma biopsia negativa.

Oppure per guidare la biopsia. Se vedo alterazioni le indico all’oncologo il quale le mostra all’urologo

che fa un prelievo preciso dove ce alterazione metabolica. Dopo tre settimane di terapia valuto se ci

sono miglioramenti. Usi futuri di questa applicazione possono essere per estensione del cancro,

selezionare la miglior terapia e monitoraggio della stessa. Le linee guida attuate dal 2014 mostrano

che la MRS è usata in casi specifici associata alal PET per recidive o metastasi ma non usata per

diagnosticare il tumore primario.

3. Per cosa sta l’acronimo BOLD, e perché il segnale misurato in fMRI viene chiamato cosi?

Quale sequenza e quale modalità di acquisizione vengono tipicamente usate in fMRI e

perché. Quale strumentazione specifica può essere usata durante una sessione di fMRI e

perché?

L’acronimo BOLD sta per Blood O2 Level Depended, parametro scoperto da Ogawa, un ricercatore

giapponese nel 1998. La fMRI visualizza i cambiamenti di stato dell’emoglobina, una proteina dei

globuli rossi con 4 subunità , ognuna con un gruppo proteico e un gruppo eme associato ed al centro

una molecola di Ferro che lega l’ossigeno. L’hb la dividiamo in ossihb in cui gli elettroni del ferro sono

appaiati e per ciò ho uno stato di minore energia e una deossihb in cui gli elettroni del ferro sono

spaiati e per ciò avrò uno stato di maggiore energia per tanto con questa tecnica vado a valutare le

diverse proprietà magnetiche a seconda del grado di ossigenazione. Il contrasto è dato dalla diversa

concentrazione di ossihb e deossihb in aree attivate rispetto alle aree non attivate, infatti allo stato

basale (hb paramagnetica) i neuroni prelevano parte dell’ossigeno dalla ossiemoglobina che diventa

dehb, ho più disomogeneità di campo, un defasamento più rapido e meno segnale MR mentre in caso

di stato attivo (hb diamagnetica), cioè quando ce attività neuronale, ho maggiori richieste di ossigeno

e glucosio per la produzione di ATP per ciò il flusso sanguigno porta maggiori quantità di hb con

conseguente aumento del flusso , volume e ossigenazione del sangue ed ho meno disomogeneità di

campo, un defasamento più lento e più segnale MR.

Ossihb e deossihb hanno diversa suscettibilità magnetica e nelle interfacce tra due sostanze con

diversa suscettibilità magnetica ho maggiori disomogeneità di campo in cui si riscontrano variazioni

del T2* pertanto la sequenza utilizzata è la GRADIENT ECHO (in cui l’impulso a 180 della SE viene

sostituito con un gradiente negativo che defasa la Mxy, che poi viene rifasata per formare un echo al

centro del periodo di acquisizione) mentre la modalità di acquisizione è la EPI. Questo perché le

variazioni di ossigeno causano variazioni del T2* che con le GRE si vedono bene dal momento in cui

esse non vanno ad adottare particolari accorgimenti per andare a ridurre queste distorsioni date dalle

disomogeneità di campo. Con la GRE studio le variazioni di T2* nel tempo ed acquisisco le immagini

più volte in 5 secondi. Il segnale BOLD provoca maggiori disomogeneità di campo, più rapido

rilassamento trasversale, il segnale va a zero più rapidamente, dipende dalle concentrazioni di ossi e

deossi hb. I vantaggi della tecnica GRE-EPI sono che è più veloce e che è sensibile a variazioni di

suscettività magnetica, di contro però ha basso SNR, porta a distorsioni e genera poco contrasto.

4. Cosa sono il cs e l’accoppiamento scalare J? Quali sono i due tipi di bobine

comunemente usate per l’acquisizione H-MRS nel tessuto cerebrale e quali i vantaggi e

svantaggi? Quali sono gli step preliminari ad un’acquisizione H-MRS nel tessuto cerebrale

di tipo single voxel e multi voxel successivamente al posizionamento del paziente nel

magnete e della bobina?

Il cs in spettroscopia è importante perché ci permette di differenziare i metaboliti in base alla loro

diversa frequenza di risonanza. Esso dipende dal fatto che lo spin che interagisce con B0 è circondato

da una nube elettronica e questi elettroni è come se facessero da schermo (effetto schermo,

appunto). Gli elettroni infatti fungono da schermo del cm esterno secondo la formula: B= b=(1-σ) con

σ= parametro di schermatura risultante dell’effetto complessivo delle nubi elettroniche. Il campo

magnetico sul nucleo è quindi generalmente più piccolo del cm applicato B0 di una frazione pari a σ.

La densità elettronica attorno a ciascun nucleo in una molecola varia in accrdo con l’elettronegatività

e i legami nelle molecole, per tanto il cm efficace, sarà diverso per ogni molecola. Questo

spostamento di freqeunza, nota come cs, si misura in Hz e la sua entità aumenta con l’aumentare del

campo magnetico, per ciò la risoluzione della spettroscopia tende ad aumentare al crescere di B0.

Siccome la frequenza di rm dipende dall’ampiezza del cm, il cs di uno stesso nucleo varia a differenti

campi magnetici e per renderlo indipendente da B0 si definisce il cs come la differenza di frequenza

rispetto ad una frequenza di riferimento riferimento (tetra metil silano) e la confronto con quella del

metabolita di interesse secondo la formula: V-Vref * 10^6/Vref

Si prende tale molecola come esempio perché il Si è poco elettronegativo per ciò il C e l’H sono molto

più schermati dagli elettroni in più la molecola è simmetrica per ciò C ed H sono schermati allo stesso

modo. (esempio H2O e grasso)

L’accoppiamento scalare J invece corrisponde all’interazione che ce tra spin nucleari, mediata dalla

nube elettronica degli spin che sto considerando. Lo splicing pattern può essere predetto dalla regola

quantistica N+1 dove 1 indica il mio nucleo di riferimento e N sono i numeri di nuclei con lo stesso

numero di spin rispetto al nucleo considerato. Il rapporto delle intensità delle linee segue i numeri del

triangolo di Pascal. Le molte righe dello spettro NMR sono dovute infatti ad una interazione indiretta

tra spin nucleari i quali creano una polarizzazione elettronica trasmessa poi ai nuclei vicini. Tale

accoppiamento è intramolecolare perché riguarda nuclei legati tra loro chimicamente e da motivo

della molteplicità della righe. Tale interazione da luogo ad un decadimento che dipende dalla costante

J caratteristica delle molecole.

La separazione tra le righe è una costante indipendente dal cm ed è tipica delle molecole.

Le bobine comunemente utilizzate sono le head coil, sono bobine di volume che fanno da trasmittenti

e riceventi. Omogenee in trasmissione e le uso cosi da avere impulsi trasmessi, sono uguali in tutte le

roi e le phased array che sono di ultima generazione. Le body coil si trovano dentro al bore del

magnete e fanno da trasmittenti poi avrò una o più bobine che fanno da ricevitori. Uso le body coil

per eccitare la roi poi quelle di ricezione per avere massimo snr.

Con la spettroscopia posso usare sia una tecnica single voxel (SV) sia multi voxel (CSI). Posso fare

rappresentazioni in una mappa di falsi colori e posso ricostruire l’intensità della regione in cui

acquisisco.

La tecnica sv consente di ottenere un singolo spettro da un volume di interesse specifico, i vantaggi di

una tecnica sv sono che ho un tempo di scansione corto, buon snr, buona risoluzione spaziale e buona

omogeneità gli svantaggi sono invece che vedo lo stato metabolico di una sola regione. Per quanto

riguarda la tecnica multivoxel invece consente di suddividere un volume di interesse in tanti voxel e in

ognuno di essi ricavare lo spettro, studia il cs delle molecole presenti, ho tra i vantaggi che valuto lo

stato metabolico di più regioni, a gli svantaggi sono che richiede più tempi e per ciò vado a sacrificare

snr, risoluzione spaziale e spettrale.

5. Quali sono le bobine generalmente utilizzate per P-MRS? Come si misura il pH

intracellulare in vivo attraverso P-MRS del muscolo che si articoli nelle fasi di riposo,

esercizio e recupero e che tempistiche hanno?

Per quanto riguarda studi di P-MRS serve un hw apposito per lavorare alla frequenza di risonanza del P

e perciò dovrò utilizzare delle bobine combinate di H+P perché il γ(tagliato) è diverso e di

conseguenza lo è anche la frequenza di risonanza. Studi col P li faccio perché nonostante esso sia

meno sensibile dell’H (17.25 vs 42.58) ha buona abbondanza naturale e siccome gli atomi di P sono in

numero minore di molecole organiche ciò semplifica gli spettri. Il P lo uso per studi cardiaci, del

cervello e del muscolo scheletrico. Nel caso del muscolo scheletrico vedo la concetrazione di alcuni

metaboliti quali PCr, Pi, PME, DME ma anche la concentrazione del pH intracellulare (nel citosol) e la

concentrazione dell’ADP. Il pH lo studio in modo indiretto calcolando la differenza di cs tra PCr-Pi e

vedo le variazioni di pH. Sotto sforzo cala il pH intracellulare e dagli spettri varia il cs del Pi. Faccio una

acquisizione dello spettro a riposo ad una velocità costante e con forza crescente e acquisisco spettri

a certi intervalli poi faccio acquisizioni a recupero. L’intensità dell’esercizio è calcolata in base all’IBM

del paziente.

Quando inizia la fase dell’esercizio (che dura qualche minuto cosi da innescare tutti i meccanismi) il

corpo dovrà sviluppare maggiori quantità di ATP la quale deriva da alcune reazioni biochimiche, la

reazione che produce direttamente energia