Elastografia rezonansu magnetycznego cz.1

Transkrypt

1 Sympozjum Naukowo-Szkoleniowe RADIOLOGIA WSPÓLNA SPRAWA 2014 Elastografia rezonansu magnetycznego cz.1 Metodyka i przebieg badania mgr Elżbieta Zawada lek. Grażyna Rusak Katedra i Zakład Radiologii i Diagnostyki Obrazowej Szpital Uniwersytecki nr 1 Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

2 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE jest dynamicznie rozwijająca się metodą obrazowania, umożliwiającą ilościową ocenę mechanicznych właściwości tkanek, poprzez analizę szerzenie się w ich obrębie fal mechanicznych. MRE uzyskuje w ten sposób informacje na temat sztywności tkanki, która zmienia się zależnie od zaawansowania procesów chorobowych w badanych obszarach.

3 Odkryta w 1996 r. przez profesora Richarda Ehmana i współpracowników z Mayo Clinic Sekwencje MRE obecnie wykonuje się rutynowo u pacjentów Mayo Clinic poddanych badaniu MR jamy brzusznej. Od lutego 2007 r. naukowcy z tego instytutu przebadali w ten sposób ponad 2500 pacjentów.

4 MRE obecnie jest wykorzystywana do klinicznej oceny pacjentów z przewlekłymi, rozlanymi chorobami wątroby, umożliwiając ocenę stopnia włóknienia tego narządu. Technika ta rozpatrywana jest jako bezpieczna i nieinwazyjna alternatywa dla biopsji wątroby. Trwają badania nad zastosowaniem MRE w ocenie patologii w obrębie innych narządów i układów, takich jak: piersi, serce, żyły, nerki, płuca, mózgowie, mięśnie szkieletowe.

5 TROCHĘ FIZYKI...

6 Trzy kroki: 1. generowanie w obszarze zainteresowania fal sprężystych, 2. pozyskiwanie obrazów rezonansu magnetycznego przedstawiające rozchodzenie się wyindukowanych fal sprężystych, 3. przetwarzanie obrazów szerzenia się fal sprężystych na ilościowe mapy sztywności tkanek elastogramy.

7 1. generowanie fal sprężystych

8 generowanie fal sprężystych Standardowo dla techniki obrazowania sprężystości zakłada się, że tkanki są liniowo elastyczne, izotropowe oraz posiadają elastyczność Hookean'a, co daje nam możliwość korzystania z praw mechaniki. Prawa te mówią o zależnościach odkształcania materiału od jego napięcia.

9 generowanie fal sprężystych Właściwości elastyczne odpowiadające temu, co oszacowano palpacyjnie są wyrażane modułem Young'a (E) lub modułem sprężystości µ. Ilościowa wartość modułu odkształcalności liniowej (Younga) może być obliczona na podstawie propagacji fali sprężystości przy zastosowaniu odpowiednich równań falowych.

10 generowanie fal sprężystych W realnych ciałach procesy odkształcania są bardzo złożone, wzajemnie się przeplatają procesy sprężyste, plastyczne i lepkie. Elastografia traktuje badane tkanki jako proste liniowe układy reologiczne spełniające prawo Hooke`a, czyli będące idealnie sprężyste.

11 generowanie fal sprężystych Powszechnie stosowana metoda tworzenia wymaganych w MRE wibracji wykorzystuje ruch z cewek używanych w akustycznych systemach głośnikowych. Głośnik ze swoim stałym magnesem musi być umieszczony poza polem magnesu głównego MR, stąd system ten wymaga dodatkowej komponenty łączącej, przewodzącej drgania wytworzone w głośniku do tkanek

12 generowanie fal sprężystych Dla pneumatycznego przewodzenia harmonicznych zmian ciśnienia powietrza od głośnika do pasywnego bębna, będącego sterownikiem utrzymanym w kontakcie z tkanką (sterownik aktywowany ciśnieniem) stosuje się rury (tuby) łączące. Elementy systemu znajdujące się w sąsiedztwie pacjenta wykonane są z materiałów, które nie wytwarzają artefaktów w obrazach MR.

13 generowanie fal sprężystych W związku z tym, że sterownik (napęd) ten posiada dwie komponenty aktywną, wytwarzającą drgania oraz pasywną, pozostającą w kontakcie z tkanką, składową bierną można dostosować do każdego narządu znajdującego się w obszarze naszego zainteresowania, jak na przykład wątroba, piersi.

14 generowanie fal sprężystych Częstotliwość Do indukcji mechanicznej fali podłużnej w tkance wykorzystuje się, za pomocą sterownika zewnętrznego, częstotliwości w zakresie Hz

15 generowanie fal sprężystych Amplituda Amplituda drgań powstających w tkance jest bardzo niska i jest utrzymywana w zakresach bezpiecznych, zgodnych z dyrektywą Unii Europejskiej ograniczającą zawodową ekspozycję na drgania całego ciała i kończyn.

16 2. obrazowanie propagacji fal sprężystych

17 obrazowanie propagacji fal sprężystych W MRE pomiar ruchu tkankowego wyindukowanego przez sterownik (napęd) opiera się na technice obrazowania MR zwanej phase-contrast MRI z wykorzystaniem par gradientu kodujących ruch (motion-encoding gradient, MEG). Wykonywane jest konwencjonalne obrazowanie MR, po tym jak wzbudzony zostanie ciągły harmoniczny ruchu w tkance, a MEG oscyluje z taką samą częstotliwością, co wyindukowany w tkance ruch.

18 Składową fazy obrazowania MR ϕ ( fi ) można zapisać równaniem: gdzie ϕ składowa fazy, θ faza tła r wektor położenia, γ stosunek magnetogiryczny tkankowych protonów, czynnik Landego N liczba par gradientu użytych do wzbudzenia ruchu, T okres trwania gradientu kodującego ruch G amplituda ξ -szczyt amplitudy ruchu, k liczba falowa. obrazowanie propagacji fal sprężystych

19 obrazowanie propagacji fal sprężystych

20 3. szacowanie parametrów mechanicznych

21 szacowanie parametrów mechanicznych Posiadając obraz fali, który odzwierciedla rozchodzenie się fal sprężystych w tkankach, stosuje się algorytmy przekształceń matematycznych oparte na równaniu ruchu z założeniami upraszczającymi takimi jak izotropia, homogeniczność i nieściśliwość ośrodka. Pozwala to na obliczenie modułu odkształcalności postaciowej odpowiadającemu mechanicznym właściwościom tkanki, który następnie posłuży do klinicznej interpretacji uzyskanych obrazów.

22 szacowanie parametrów mechanicznych Przy założeniu izotropii ośrodka zmniejsza się liczbę niezależnych składowych z 21 do dwóch, a właściwie do dwóch stałych Lame, tj λ i μ. Są to stałe materiałowe wprowadzone dla uproszczenia prawa Hooka, które kontrolują ścinanie wzdłużne oraz moduł ścinania. W tkankach miękkich pierwszy parametr Lame λ jest zazwyczaj dużo większy niż moduł ścinania μ, co sprawia, że obliczanie obu tych stałych jest niepraktyczne. W pewnych przypadkach efekt lambda może być zaniedbany lub usunięty poprzez odfiltrowanie fali ruchu wzdłużnego odpowiednim filtrem.

23 szacowanie parametrów mechanicznych Z modułu sprężystości dla określonej częstotliwości, można wyliczyć prędkość fali poprzecznej i efektywny moduł sprężystości. Wykorzystuje się proste równanie: gdzie μ = ρvs2, ρ oznacza gęstość materiału (typowo dla tkanki w MRE przyjmuje się 1000 kg/m3) a Vs jest prędkością rozchodzenia się fali sprężystej. Odkąd prędkość fali można zapisać jako iloczyn działającej częstotliwości i przestrzennej długości fali, wczesne analizy MRE skupiły się na pomiarze długości fali sprężystych i były początkowo wykonywane ręcznie.

24 szacowanie parametrów mechanicznych Algorytmy dokonujące automatycznych obliczeń długości fali : - gradient fazy (phase-gradient,pg), - lokalne szacowanie częstotliwości (local frequency estimation, LFE) - algorytm bezpośredniej inwersji (direct inversion, DI) Jednakże wartości sztywności nadal podaje się jako iloczyn gęstości i kwadratu prędkości fali.

25 Przebieg badania

26 Ź:Richard L. Ehman M.D. Assessment of Chronic Liver Disease with MR Elastography

27 Ź: Sudhakar K Venkatesh,Magnetic Resonance Elastography of Liver: Technique, Analysis and Clinical Applications, J Magn Reson Imaging March ; 37(3):

28 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE OPTIMA 450w GEM GE 1.5 T

29

30

31 Protokół badania COR FIESTA T2 AX T2 AX MR TOUCH

32

33 Sekwencja MR TOUCH Sekwencja gradientowa (GRE) Matryca 64x64 TR/TE 19.2 ms/50 ms FOV 50x50 Grubość warstwy 10 mm Spacing 10 mm Bandwidth 31,25 khz MEG 64 Hz (cykliczne gradienty ruchu kodowania) Driver frequency 60 HZ

34

35 Sympozjum Naukowo-Szkoleniowe RADIOLOGIA WSPÓLNA SPRAWA 2014 Elastografia rezonansu magnetycznego cz.2 Ocena i kliniczne zastosowanie badania lek. Grażyna Rusak mgr Elżbieta Zawada Katedra i Zakład Radiologii i Diagnostyki Obrazowej Szpital Uniwersytecki nr 1 Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

36 Functool

37 Propagacja fal spręż ężystych

38 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE W analizie obrazów MRE obszary zainteresowania ROI są umieszczane na elastogramach, a uśredniona wartość sztywności tkanki obliczana automatycznie podawana jest w jednostkach skalarnych - kpa.

39 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE

40 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Umiejscawiając ROI a należy unikać obszarów bogatych w przewody żółciowe, duże naczynia wątrobowe, regionu wątroby położonego bezpośrednio pod sterownikiem oraz skłonnego do artefaktów ruchowych pochodzących od serca lewego płata wątroby.

41 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE

42 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE

43 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE

44 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE dobrze tolerowana przez pacjentów, nieinwazyjna technika, nie wymaga podawania środka kontrastującego pozwala na ilościową i jakościową ocenę sztywności wątroby umożliwia wykrywanie i ocenę stopnia włóknienia wątroby, wykorzystywana dla monitorowania odpowiedzi na leczenie lub do oceny postępu choroby.

45 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE znajduje zastosowanie w identyfikacji osobników ze stłuszczeniowym zapaleniem wątroby (NASH) w grupie osób z niealkoholowym stłuszczeniem wątroby (NAFLD) trwają badania nad wykorzystaniem elastografii w charakterystyce guzów wątroby służy jako prowadnik dla biopsji wątroby pod kontrolą MR

46 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE MRE została szeroko zbadana pod kątem wykorzystania tej techniki dla diagnozowania chorób wątroby. Obecnie jest używana w praktyce klinicznej dla oceny zwłóknienia i marskości wątroby, gdzie sztywność zmienionej chorobowo wątroby jest znacząco wyższa niż prawidłowej tkanki wątrobowej i jest bezpośrednio związana ze stopniem jej włóknienia, wzrasta wraz z postępem choroby.

47 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Wartość odcięcia na poziomie 2,93 kpa jest uznawane za optymalny próg dla różnicowania prawidłowej i zmienionej chorobowo tkanki wątrobowej z czułością i specyficznością rzędu odpowiednio 98% i 99%.

48 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Inne metody obrazowania takie jak: CT, USG i konwencjonalne MR są technikami ograniczonymi w swoich możliwościach przedstawienia procesu włóknienia wątroby, obrazują one chorobę w stadium nieodwracalnego włóknienia.

49 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE MRE jest rozpatrywana jako metoda wczesnego wykrywania niealkoholowego stłuszczeniowego zapalenia wątroby (nonalcoholic steatohepatitis, NASH). Skojarzone z otyłością i cukrzyca typu II niealkoholowe stłuszczenie wątroby (nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD) jest jednostką chorobową dotykającą około 1/3 populacji osób dorosłych w US. Szczuje się, że blisko 25 % pacjentów z NAFLD rozwinie NASH, które u osób wrażliwych może doprowadzić do marskości wątroby. Obecnie potwierdzenie diagnozy NASH daje jedynie biopsja wątroby, stąd duże możliwości rozwoju elastografii na tym polu.

50 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Używając szczurzego modelu stłuszczonej wątroby Salameh i współ. pokazali, ze MRE może być pomocna w odróżnieniu prostego stłuszczenia wątroby od steatohepatitis, jeszcze przed wystąpieniem włóknienia wątroby. MRE jako metoda diagnostyczna wykazała, że w grupie pacjentów NAFLD z NASH, ale bez towarzyszącego włóknienia tkanki wątrobowej mierzona sztywność wątroby była wyższa niż u pacjentów z prostym stłuszczeniem wątroby.

51 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Elastografię rezonansu magnetycznego próbuje się także wykorzystywać do oceny guzów wątroby. Odkąd wiadomo, że marskość wątroby jest najistotniejszym czynnikiem predysponującym do rozwoju HCC, wczesne wykrywanie małych guzów stanowi największe wyzwanie medycyny. Stwierdzono, iż złośliwe guzy wątroby posiadają znacząco większe średnie wartości sztywności niż guzy łagodne i tkanki prawidłowej wątroby, a wartość odcięcia na poziomie 5 kpa pozwala odróżnić złośliwe guzy od zmian łagodnych.

52 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Potencjalnym ograniczeniem metody może być marska wątroba, gdzie podłoże (tło), może posiadać takie same właściwości mechaniczne sztywność jak poszukiwany guz. Wykorzystanie elastografii w ocenie guzów wątroby na tle zmienionej marsko wątroby wymaga dalszych badań

53 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE Czy potrzebna jest elastogafia rezonansu magnetycznego???

54 Pierwszą przezskórna biopsją wątroby wykonano w roku 1923 i od tej pory pozostaje ona jedyną dostępną metodą oceny stopnia uszkodzenia tkanki wątrobowej. Biopsja wątroby jest obecnie złotym standardem Źródło: Fotolia.com w wykrywaniu włóknienia i marskości wątroby. Jako metoda inwazyjna, niesie ze sobą podwyższone ryzyko potencjalnych komplikacji.

55 Najczęstsze powikłania: ból, w różnym stopniu nasilenia, często z towarzyszącymi reakcjami wazowagalnymi i hipotonią krwawienia bezobjawowe krwiaki podtorebkowe lub wewnątrztorebkowe. Inne to: nakłucie płuca, odma opłucnowa, odma podskórna, nakłucie nerki, nakłucie jelita grubego szczególnie w Zespole Chilaiditi, nakłucie pęcherzyka żółciowego/dróg żółciowych z towarzyszącą żółtaczką, kolką żółciową, krwawienie do jamy otrzewnowej i przestrzeni pozaotrzewnowej. Istnieją także naukowe doniesienia o ryzyku rozsiewu nowotworowego wzdłuż kanału nakłucia biopsyjnego.

56 Elastografia Rezonansu Magnetycznego MRE MRE = nieinwazyjna alternatywa dla biopsji wątroby

57 D Z I Ę K U J E M Y Z A U W A G Ę

58