Spettroscopia

1. Metaboliti visibili con H-MRS nel tessuto cerebrale, quale è la loro funzione metabolica

e biochimica. Fare almeno due esempi in cui la MRS è considerata uno strumento per la

formulazione di una decisione clinica e spiegarne il pattern metabolico associato

I metaboliti visibili con la H-MRS nel tessuto cerebrale sono:

- tNAA dato da Nacetilaspartato e Nacetilaspartato glutammato, sono marker dei neuroni e dei

loro dendriti, indicano la funzionalità e integrità della cellula. A 2.0 ppm ce il suo picco a 1.5 T

troviamo solo NAA e tra 2-2.8 ppm cadono molte risonanze e distinguiamo solo alcune parti di

NAA

- Glutammato e glutammina: sono neurotrasmettitori dei potenziali eccitatori. A 1.5 T non si

distinguono e si identificano come GLX per indicarli entrambi mentre a 3 T riesco a distinguere

glutammato e glutammina

- tCr: che è data da Creatina e P-creatina sono marker del metabolismo energetico e fungono da

riserva del gruppo fosfato ad alta energia per generare ATP. Sono due singoletti a cui

contribuiscono 2 e 3 protoni rispettivamente. A 3.9 risuona il CH2 e a 3 il CH3.

- MM: sono le macromolecole come le proteine

- Acido lattico: presente in caso di metabolismo anaerobico in atto, tipico di cellule tumorali ad

alto accrescimento

- Mio inositolo: è un indicatore di crescita cellulare e marker delle cellule della glia,

dell’osmoregolazione (regolando la pressione intracellulare) e a 3.6 ppm ce il suo picco che è

un tripletto. Questo è molto alto nel neonato dal momento in cui il suo cervello sta maturando

(al contrario dell’NAA che invece nel neonato è più basso rispetto ad un soggetto adulto)

- Lipidi: hanno un picco a 0,9 ppm (CH2) ed un altro picco a 1.3 ppm (CH3)

- tCho: dato dal contributo di colina, P-colina e glicero P-Colina. Se la colina è elevata indica un

alto turnover cellulare (situazione in presenza di flogosi o neoplasie) è un marker della glia ed è

associato al metabolismo delle membrane cellulari. A 3.2 ppm ce la colina e a questa

contribuiscono più metaboliti che hanno in comune il gruppo colinico 3(CH3)

ci sono varie applicazioni cliniche (dal 2013 anno in cui si fecero ricerche) per capire in quali casi la

spettroscopia è utile: tumori cerebrali, lesioni focali infettive, sclerosi multipla, disordini metabolici,

asfissie perinatali, disordini demielinizzanti, demenze, epilessie focali, epilessia lobo temporo-mesiale

e lesioni ischemiche. Tra queste andiamo a riconoscerne alcune, valutandone il loro pattern

metabolico:

1. tumori cerebrali: è comunque da associare alla rm di imaging ed in ogni caso la MRS serve a fare

diagnosi per l’istologia, stadi azione tumorale, guida alla biopsia, prognosi e programmazione della

terapia e differenziazione tra ripresa e lesione post radioterapia. Tra i più frequenti riconosciamo

gliomi (divisi per tipo di cellula in oligodendrociti e astrociti e di vario grading, da 0 a 4 in cui lo zero

indica che non è possibile dare informazioni utili per insufficienza di informazioni, il grado 1 che è

poco severo fino al 4 che è il grado più elevato in cui probabilmente il soggetto presenterà anche

metastasi) e i meningiomi. Nel meningioma ci sarà un picco di Alanina a 1.3 ppm (il glioblastoma

invece presenta lipidi e lattato) e per studiarlo uso un TE inferiore a 100 ms, se aumento il TE il

segnale decade rispetto a quello del lattato. A TE= 144 ho lipidi e lattato (che però si mostra “a

testain giù”) se non fitto bene uso TE= 288 ms con lattico a testa in su e i lipidi però sono totalmente

decaduti.

2. lesioni focali infettive: si fa perché gli esami di laboratorio richiedono tempi lunghi. Di solito sono

lesioni che prendono contrasto ad anello per ascessi purulenti e vi troviamo succinato e acetato. Se

invece ho assenza di metaboliti quali Ala, Isoleucina, Valina mi trovo in presenza di ascesso

anaerobico.

3. asfissia perinatale: anche essa va sempre associata alla rm di imaging, è una patologia in cui ce

assenza di ossigeno al momento della nascita. Si usa la MRS per diagnosticare la presenza di acido

lattico, e la diminuzione del rapporto NAA/Cr. La si usa anche per avere informazioni di tipo

prognostico o per valutare l’efficacia del trattamento il quale sarà un trattamento ipotermico

utilizzando un caschetto (per circa 10 ore) che tiene bassa la T per ridurre il metabolismo. È presente

la scala Sarnat che indica il grado di asfissia e si basa sull’EEG. Metabolicamente vedrò quindi un calo

di NAA, un aumento dell’acido lattico per mancanza di ossigeno e un aumento dei lipidi per morte

cellulare. Ad oggi il trattamento utilizzato è il Brain-Cooling per i neonati che hanno encefalopatia

ipossico ischemica severa o moderata. Il trattamento inizia dopo circa 6 ore di vita.

4. sclerosi: la guaina è una struttura bianca multilamellare con funzione isolante che avvolge gli

assoni. Con la H-MRS si valuta il danno assonale. Nella sclerosi le placche croniche hanno minor

rapporto NAA/Cr e maggior rapporto Cho/Cr (a volte) nella flogosi invece ho maggior rapporto Cho/Cr

maggior mioinositolo e maggior lattico mentre il rapporto NAA/Cr resta uguale

2. Quali sono le bobine generalmente usate per H-MRS e MRI nella ghiandola prostatica?

Quali sono le caratteristiche fondamentali del metabolismo della ghiandola prostatica in

condizioni fisiologiche e patologiche che lo rende caratterizzabile dalla H-MRS?

Negli scanner a 1.5 T uso la body coil per trasmettere e la combinazione di una bobina phased array

dell’addome con una bobina superficiale endorettale per ricevere. L’immagine MRI T2-w mostra

ipointensità. Il cs imaging sulla prostata (PRESS) mostra uno spettro puro del segnale dell’acqua, ci

saranno impulsi chess per i lipidi e impulsi VSS per saturare il segnale che non serve e sagomare il

volume.

Nel caso di valutazione della ghiandola prostatica valuto (anche se il risultato finale è sempre dato

dalla biopsia) il DRE per una valutazione clinica che sarebbe una esplorazione trans rettale e la

maggior parte dei tumori si trovano nella zona periferica e se il valore è maggiore a 0,2 ml è rilevato

con le DRE, il TRUS che è l’eco tran rettale e il PSA (prostate specifica antigen) cioè una serin

proteinasi callicreina simile prodotta dalle cellule epiteliali della prostata e codificata dal gene klk3

che si trova sul cromosoma 19. È organo specifica ma non cancro specifica la quale viene prodotta in

risposta allo stimolo per gli androgeni per fluidificare il liquido seminale.

In caso di condizioni patologiche avrò un aumento della colina per proliferazione e densità cellulare.

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