MRI Spectroscopy-MRS

© כותב המאמר: עופר בן-חורין (מחבר הספר "MRI המדריך המלא – רפואה ופיזיקה נפגשות")

ספקטרוסקופיה ( MRS ) היא שיטת בדיקה ב- MRI אשר מאפשרת לקבל מידע על הרכבה הכימי של הרקמה הנבדקת . אם MRI  רגיל נותן מידע על התכונות הפיזיקליות של הרקמות ו-MRA נותן מידע על כלי הדם , הספקטרוסקופיה מספקת מידע על ההרכב הכימי של הרקמה , או ליתר דיוק , על ההרכב הכימי של הויקסל.

שימושי הספקטרוסקופיה הם למשל במחלות מטבוליות שבהם יש חשיבות להבין מה קורה מבחינה כימית בתוך הרקמה , כך שחומרים מסוימים נוצרים בכמות גבוהה או נמוכה מהמצופה ואז ניתן להצביע על פתולוגיה. ניתן לתת כדוגמה את הלקטז , שכמות גבוהה שלו מעידה על פגיעה ברקמה.

האפליקציות העיקריות שבהם משומשת הספקטרוסקופיה הם :

1)    הפרדה בין תהליכים דלקתיים לבין גידולים.

2)    הפרדה בין גידולים לשינויים אחרי טיפול.

3)    קביעת סיווג ורמה של גידול.

4)    זיהוי של מוקדים אפליפטיים.

5)    אישור נזק איסכמי למוח.

6)    הערכה של התפתחות המוח אצל ילדים.

7)    הערכה של בעיות של מטבוליזם במוח הילוד.

לצורך הספקטרוסקופיה אנחנו משתמשים בתכונת הדעיכה הטבעית של ה- T2*

( FID- free induction decay ) , בדיכוי המים ( Water Suppression ) – לפחות

97% הנחתה של המים ( על מנת להבחין ברקמות האחרות ) ובטרנספורמציית פורייה  אשר מעביר קריאות ממישור של זמן למישור של תדר.

הספקטרוסקופיה זקוקה להומוגניות טובה של המגנט ב-MRI , כיוון שככל שההומוגניות של המגנט טובה יותר , כך הדעיכה של ה-FID איטית יותר ואז הרגישות להרכבם הכימי של הרקמות גבוה יותר , ולכן יש לבצע Shimming  בבדיקה. כמו כן , במהלך הספקטרום יש לבצע Phase corraltion שזה איזשהו תיקון של כל התדרים הרבים שנמצאים.

הספקטרוסקופיה לפעמים מדגימה מספר פיקים לחומר אחד מכיוון שהפרוטונים נמצאים

בתוך מוליקולה וחולקים שכנים המשנים את הביטוי שלהם בתמונת הספקטרוסקופיה

( למשל, ללקטז יש 2 פיקים – נקרא doublet , 3 פיקים – triplet  ).

ניתן לסכם את ההבדלים בין MRI לבין MRS בטבלה הבאה :

                         MRS

MRI

        מחשב סיגנל ויוצר ספקטרום

            מחשב סיגנל ויוצר תמונה

         תדירויות מקודדות ככימיה

            תדירויות מקודדות כשטח

           שליטה של מטבוליטים

               שליטה של מים ושומן

              כוח שדה מוגבל

            כוח השדה מנוצל במלואו

            הומוגנטיות קריטית

                הומוגנטיות חשובה

      צריך הוספה של shimming

       אין צורך בהוספת shimming

       סיגנלים ספציפיים מבוטאים

            כל הסיגנלים מבוטאים

             עירור ווקסל

               עירור חתך ( סלייס)

סוגי הסקנים המשומשים  ספקטרוסקופיה הם :

1) STEAM ) Stimulated Echo Acquisition Mode ) שמאפייניו :

                             שלושה פולסי רדיו של 90 מעלות

                             רגישות מועטה ל-T2 relaxation

                             TE ארוך

                             הדגמה של מטבוליזם אשר מודגמים ב-T2 קצר ( כמו GLM,ml ).

                              SNR נמוך

2) PRESS) Point Resolved Spectroscopy Sequence  ) שמאפיניו:

                          פולס 90 ולאחריו 2 פולסים של 180

                          רגישות לדעיכת T2

                          TE ארוך

                         לא מדגים מטבוליזם בעלי T2 קצר

                          SNR גבוה יחסית

ההבדל העיקרי בין ה-PRESS  ל-STEAM  הוא בעובדה שה-STEAM מדגים מטבוליזם בעלי T2 קצר עם SNR מופחת , ואילו PRESS  משתמש ב- SNR גבוה יותר , אבל לא מדגים מטבוליזם בעלי T2 קצר.

הספקטרוסקופיה מצליחה לראות ולכמת מספר מטבוליזם:

1) NAA ) N-acetylaspartate )  – נמצא בתוך הנוירונים ולכן נקרא סמן הנוירונים. נמצא בריכוז גבוה בחומר האפור יחסית לחומר הלבן. כמותו עולה במחלת קנאוון ויורדת בהתפתחות איטית , בהיפוקסיה       ( חוסר בחמצן ) , בשבץ , בדימום , בדלקת המוח הנגרמת ע"י הרפס , גידולים , סכרת , טראומות וטרשת נפוצה.

2) Creatine- סמן האנרגיה. מכיוון שהוא די יציב הוא משמש לעיתים קרובות כקונטרול השוואתי. הקרטנין מוגבר בטראומות ובמצב היפראוסמולרי מוגבר ומופחת בהיפוקסיה ( חוסר חמצן ) , שבץ וגידולים.

3) Choline- סמן ממברנת התא. מתגבר לאחר טראומה , סכרת , חוסר חמצן בתוך גידול, לאחר השתלת כבד. ריכוזו יורד בשבץ ושיטיון.

4) Myo-inosital – בעל חשיבות גבוהה בקביעת Grade של אסטרוציטומה. עולה במחלת אלצהיימר , סכרת .ריכוזו יורד בשבץ וגידולים.

5) Lactate- מאופיין ב-2 פיקים ( doublet ), קרוב לפיק של שומן, מצביע על בעיה חמורה והרס כללי. גובר בחוסר חמצן, טביעה , דימומים , שבץ, בעיות בלידה , הידרוצפאלוס.

6) Lipid – נמצא במוח הבריא במוליקולות רבות. משתחרר במהלך פגיעה, מצביע על הרס הממברנה.

7) GLX ) Glutamate and Glutamine ) – סמן פגיעת חוסר חמצן, מעורב במטבוליזם של אמוניה , רעלן עיצבי. עולה בחוסר חמצן וכמעט טביעה.

 בספקרוסקופיה ניתן גם לכמת את החומרים באופן יחסי ע"י כך שמוצאים את האינטגרל שמתחת לכל פיק.

בדרך כלל עושים את הספקרוסקופיה על ויקסל אחד , אבל כיום ניתן לעשות גם מולטי ויקסל ולקבל את הרכיבים הכימיים של הרקמה בכל פיקסל.

.