NGUYÊN LÝ, KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG CỘNG HƯỞNG TỪ PHỔ, CỘNG HƯỞNG TỪ CHỨC NĂNG VÀ CỘNG HƯỞNG TỪ SỢI TRỤC

PowerPoint Presentation NGUYÊN LÝ, KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG CỘNG HƯỞNG TỪ PHỔ, CỘNG HƯỞNG TỪ CHỨC NĂNG VÀ CỘNG HƯỞNG TỪ SỢI TRỤC HVCK2 PHẠM THỚI THUẬN 1 CỘNG HƯỞNG TỪ PHỔ 1 1 NGUYÊN LÝ Cộng hưởng từ phổ (.

NGUYÊN LÝ, KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG

CỘNG HƯỞNG TỪ PHỔ, CỘNG HƯỞNG TỪ

CHỨC NĂNG VÀ CỘNG HƯỞNG TỪ SỢI TRỤC

HVCK2 PHẠM THỚI THUẬN

1 CỘNG HƯỞNG TỪ PHỔ

1.1 NGUYÊN LÝ

 Cộng hưởng từ phổ (Magnectic Resonance

Spectroscopy ‐MRS) là một kỹ thuật mới nhằm khảo sát những thay đổi của các chất chuyển hóa trong não

 Cộng hưởng từ phổ thu được dạng phổ với cácđỉnh tương ứng là nồng độ các chất chuyển hóa trong

vùng khảo sát

 Các chất chuyển hóa cơ bản thường được ghi hình trên phổ là choline, creatine, NAA,lactate, myoinositol,

glutamine, glutamate, lipid, amino

acid leucine và alanine…

 Mỗi chất chuyển hóa có mỗi vị trí tương ứng tùy vào tần số chuyển động, được biểu diễn bằng đường cong với đỉnh là nồng độ chất chuyển

hóa.

1.2 KỸ THUẬT MRS

CHT phổ có thể thực hiện với 2 kỹ thuật:

•Kỹ thuật đơn điểm single voxel ( SV ):

Thời gian chụp ngắn, đo kích thước nhỏ nhạy với các

thay đổi nhỏ Ít hiệu quả lâm sàng khi có các tổn thương lớn •Kỹ thuật đa điểm multi voxel ( MV ) :

Thời gian chụp dài hơn, cho phép đánh giá được nhiều vị trí hơn, phù hợp với thực hành lâm sàng.

Hai chuỗi xung thường sử dụng là STEAM và

PRESS

+ Chuỗi xung STEAM

- Dùng 3 xung 90 độ để thu được một spin echo

- Có thể thực hiện với thời gian TE rất ngắn

- Có sự phục hồi tín hiệu không hoàn toàn

- Một điểm vật ( Voxel ) chính xác được định dạng

+ Chuỗi xung PRESS

- Dùng 1 xung 90 độ và 2 xung 180 độ để thu một spin echo

- Có thể thực hiện với thời gian TE dài và ngắn

- Có sự phục hồi tín hiệu hoàn toàn

 THÔNG SỐ TE

• Thông tin về phổ phụ thuộc vào thời gian TR và

TE vì các chất chuyển hóa ở não có thời gian thư duỗi T1 và T2 khác nhau

• Các thông số TR và TE rất quan trọng.

• Để cải thiện tốt SNR ta thường dùng TR dài

( #1500ms ).

• Thông thường sử dụng TE là 20‐30ms, 35‐145ms và 270ms

Các chất chuyển hóa thông thường có TE ngắn

(<30ms) và dài (>80ms) gồm: N‐acetyl aspartate

(NAA), Creatine (Cr), Choline (Cho), Lactate (Lac).

Các chất chuyển hóa phụ chỉ có TE ngắn(<30ms)

gồm: Lipid (Lip), Glutamine và Glutamate (Glx)

TE dài và TE ngắn

+ TE dài :

Phổ đẹp, dễ nhìn, mất phổ của một số chất chuyển hoá có T2 ngắn

+ TE ngắn:

Phổ khó phân tích hơn, có thể thấy được các chất chuyển hoá có T2 ngắn ( Glx, Myo, lipids)

trường đồng nhất Sự không đồng nhất của từ trường

có thể làm biến đổi hoặc biến mất các phổ của các chất chuyển hoá

-Tín hiệu xấu tại các vị trí gần với xương, các cấu trúc vôi hoá hoặc xuất huyết

MỘT SỐ LƯU Ý

• Bệnh nhân phải thực sự nằm yên khi khảo sát

• Vị trí đặt voxel phải tránh máu, các sản phẩm của máu, khí, dịch não tủy, mỡ, các vùng hoại tử, kim loại, vôi và xương

• MRS có thể thực hiện được trước hay sau khi tiêm chất tương phản

• Chèn ( Shimming ) thích hợp để đồng nhất từ

trường đo

3 Các chất chuyển hoá trên phổ MRS.

1 NAA ( Aspartate N-acetyl)

- Đạt đỉnh cộng hưởng tại 2.0ppm

- Marker của neurone

- Được sản xuất trong ty thể của tế bào thần kinh Sự hiện diện của nó trong điều kiện bình thường thể hiện tính toàn vẹn tế bào thần kinh và các sợi trục

- Giảm mức độ NAA cho thấy có tổn thương phá huỷ

mô não: u não, di căn não, tổn thương não do các

nguyên nhân khác

- Tăng trong bệnh Canavan

2 Cr ( Creatine và phosphocreatine)

- Đạt đỉnh cộng hưởng tại 3.0ppm

- Creatine là marker chuyển hoá năng lượng của não

Tương đối ổn định và được sử dụng để so sánh

- Tỷ NAA/Cr ( bình thường 2.0 bất thường < 1,6)

- Tỷ Cho/Cr ( bình thường 1,2 bất thường > 1,5)

- Tăng trong các khối u do tăng hoạt động trao đổi chất của các khối u, đặc biệt là trong u thần kinh đệm grade cao

- Giảm hoặc mất creatine kết hợp với các chất chuyển hoá gợi ý có hiện tượng hoại tử

3 Cho ( choline).

- Đạt đỉnh cộng hưởng tại 3,2ppm

- Marker của mật độ màng và tính toàn vẹn của

màng tế bào

- Tăng trong tăng phân chia tế bào

- Tăng choline cũng gặp trong một số bệnh lý : u

não ( u có độ ác tính càng cao, choline càng tăng), viêm não, huỷ myeline…

- Giảm trong nhồi máu, ápxe…

4 Myo ( Myo-inositol) (ml)

- Đạt đỉnh cộng hưởng tại 3,6ppm.

- T2 ngắn (#35ms) nên chỉ thấy trên kỹ thuật MRS

có TE ngắn.

- Marker của thần kinh đệm.

- Tăng trong sự phát triển thần kinh đệm , trẻ sơ sinh.

- Tăng trong glioma grade thấp, gliosis…

- Giảm trong các u độ ác tính cao , nhồi máu…

5 Glx ( Glutamate và Glutamine).

- Được đánh dấu bằng một loạt các đỉnh cộng hưởng giữa 2,01-2,5ppm

- Glutamate là chất dẫn truyền thần kinh

- Tăng Glutamate: bệnh não gan

- Giảm Glutamate: bệnh Ahlzeimer

8 Các chất không thể phát hiện trên MRS

+ Những hợp chất có nồng độ thấp( < 0,1 mmol/l) Như:

- Dopamine, Serotonin, Acetylcholine

+ Chất có phân tử khối lớn ( > 3500KDa) như:

- Protein, Enzyme

+ Những phân tử không di động hoặc liên kết quá chặt với các cấu trúc xung quanh

9 Thay đổi cường độ tín hiệu theo vùng giải phẫu.

+ NAA:

- Giàm dần từ trước ra sau

- Cao hơn ở chất xám, hạch nền , thân não

+ Choline :

- Cao hơn ở chất trắng, hạch nền , thân não, cầu não, thể chai

10 Thay đổi cường độ tín hiệu theo tuổi.

- < 1 tuổi : phổ choline cao do hoạt động

myeline hoá mạnh

- 1 tuổi trở đi : NAA tăng dần tương ứng với sự trưởng thành của neurone

1.3 ỨNG DỤNG LÂM SÀNG

1.3.1 Phân biệt glioma grade thấp với nhồi máu

Đây là vấn đề chẩn đoán thường gặp ở bệnh nhân đột quỵ trẻ không có các yếu tố dự báo nhồi máu

não Trong khi u có đỉnh Cho nổi bật và hầu như

không có NAA, nhồi máu có thể có đỉnh lactate nổi bật và giảm toàn bộ các chất chuyển hoá cả Cho và NAA

Hình 1.1 Nhồi máu não có đỉnh lactate nổi bật và giảm toàn bộ các chất chuyển hoá cả Cho và NAA.

1.3.2 Đánh giá u não

- Các dấu hiệu chính của u não trên cộng hưởng

từ phổ là tăng choline, Cho/NAA, Cho/Cr, tăng lipid, lactate, giảm NAA, giảm NAA/Cr, giảm

Cr.

 Đánh giá độ ác cao và thấp của u não Các chất chuyển hóa dùng đánh giá độ ác của u là Cho, lactate, NAA, Cr, Myo u bậc càng cao thì Cho càng tăng, NAA càng giảm và tỷ lệ Cho/NAA tăng rõ rệt.

 Chẩn đoán phân biệt u não và di căn não: khi

không có đỉnh NAA và Cr trên phổ cộng hưởng từ, không tăng cho ở vùng gợi ý di căn não

 Sự phân biệt thành phần của ổ apxe với khối u hoại

tử hoặc u nang dựa trên sự hiện diện của nhiều

chất chuyển hóa của vi khuẩn (lactat, axetat,

succinat, axit amin) trong ổ apxe

- Phân biệt u thần kinh đệm và u lympho.Trong khi u thần kinh đệm có hình ảnh tăng tỷ lệ Cho/NAA và trong u và

vùng xung quanh u thì u lympho có lipid tăng cao và có tỷ

lệ Cho/Cr cao hơn u thần kinh đệm.

- Cộng hưởng từ phổ dùng trong đánh giá đáp ứng điều trị, xác định u tái phát, còn sót sớm hơn so với cộng hưởng từ thường quy, ngay cả khi bệnh nhân có lâm sàng cải thiện, phân biệt u tái phát, còn sót với các bất thường không do u sau điều trị Khi Cho tăng hoặc có tỉ lệ Cho/NAA tăng gợi ý

u tái phát.

- Xác định vị trí sinh thiết: Cộng hưởng từ phổ có khả năng xác định các vùng có Cho tăng cao nhất, vùng

có hoạt tính u cao nhất đáy là các vị trí lý tưởng khi sinh thiết

Hình 2.2 Hình ảnh cộng hưởng từ phổ trong u thần kinh đệm: tăng Choline, giảm NAA.

1.3.3 Bệnh lý động kinh

MRI thường được thực hiện ở bệnh nhân động kinh Xơ cứng hồi hải mã có thể chiếm 60-85% bệnh nhân động kinh và có thể được chẩn đoán bằng MRI Xơ cứng hồi hải mã có đặc điểm là giảm thể tích hồi hải mã, tăng tín hiệu trên T2W Tuy nhiên các dấu hiện này có thể không

có hoặc không rõ ràng ở bệnh nhân động kinh CHT phổ

có thể được dùng để tăng thêm độ nhạy chẩn đoán, cho thấy giảm NAA và tăng Glx, Myo trong xơ cứng hồi hải

mã

Hình 5: Bệnh nhân 20 tuổi chẩn đáon động kinh Hình Choronal T2W thấy hồi hải mã cơ bản là bình thường và hình phổ tương ứng Hình MRS TE ngắn (35ms)thấy giảm NAA và tăng Myo hai bên, bên phải

nặng hơn, gợi ý xơ cứng hồi hải mã hai bên.

1.3.4 Đánh giá bệnh nhân nghi ngờ sa sút trí tuệ

Hình ảnh có vai trò quan trọng trong đánh giá bệnh nhân nghi ngờ sa sút trí tuệ MRI có thể thấy teo não

ở thuỳ thái dương Trên phổ, có giảm NAA, tăng

Myo ở các vùng thái dương, đính và trán trên bệnh nhân sa sút trí tuệ Alzheimer

Hình 2.3 Bệnh nhâ n già, mất trí nhớ tăng dần (a)Hình Axial thấy teo não cũng như tăng tín hiệu T2W quanh não thất, phù hợp với bệnh lý vi mạch (b) MRS echo ngắn (TE 35ms)ở chất xám vùng đính thấy giảm NAA và tăng Myo phù hợp với sa sút trí tuệ Alzheimer

1.3.5 Đánh giá bệnh nhân hôn mê

CHT phổ cũng có thể dùng để xác định nguyên nhân hôn mê Chẳng hạn, bệnh não gan có đặc điểm phổ

riêng duy nhất Trong bệnh não gan Myo có thể không

có, Cho giảm và Glu tăng Ở bệnh nhân hôn mê sau

chấn thương đầu, có thể thấy giảm NAA từ nhẹ đến

vừa Không có lactate có thể loại trừ tổn thương do

thiếu oxy nặng Ở bệnh nhân hôn mê kéo dài, giảm

NAA nặng và lactate tồn tại kéo dài có thể gợi ý tiên lượng xấu

KẾT LUẬN

 Cộng hưởng từ phổ là một kỹ thuật không xâm

nhập, cho phép đánh giá hoạt động chuyển hoá của não

 Chọn kỹ thuật SV hay MV cho phù hợp

 Sử dụng thông số TE cho phù hợp từng bệnh lý

 Đặt vị trí voxel cho chính xác để thu được một

phổ đạt chất lượng

 CHT phổ không thể thay thế CHT thường qui mà

nó chỉ cung cấp thêm những thông tin có giá trị

trong việc chẩn đoán

 Phân tích kết quả MRS cần phối hợp với các

thông tin khác: lâm sàng, xét nghiệm sinh hoá, vi sinh và các kỹ thuật hình ảnh khác

 Có thể thực hiện trên máy 1.5T hay 3T

 Kinh nghiệm của người làm ( BS và KTV) mang yếu tố quyết định

2 NGUYÊN LÝ , KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG LÂM SÀNG CỘNG HƯỞNG TỪ CHỨC NĂNG

Cộng hưởng từ chức năng là kỹ thuật hình ảnh gián tiếp khảo sát hoạt động của não

Có thay đổi nồng độ oxyhemoglobin và

deoxyhemoglobin ở vùng hoạt động Giảm tương đối nồng độ deoxyhemoglobin là chất thuận từ tại vùng hoạt động não có thể phát hiện trên cộng

hưởng từ do tăng T2* Đây là nguyên lý chính kỹ thuật tạo hình tương phản BOLD (lệ thuộc mức Oxy máu)

Tín hiệu BOLD

Tín hiệu BOLD dựa trên việc sử dụng hai nguyên tắc:

- Các deoxyhemoglobin (hemoglobin không liên kết với dioxygen) là thuận từ Hemoglobin có hai dạng:

+ Các tế bào hồng cầu được phổi cung cấp oxy

chứa oxyhemoglobin, một phân tử không hoạt động trên MRI

+ Các tế bào hồng cầu được khử oxy bởi các mô chứa deoxyhemoglobin là chất thuận từ, có nghĩa là dưới

tác dụng của từ trường (được tạo ra bởi MRI), nó sẽ thu được từ hóa theo cùng hướng với từ trường, có thể phát hiện được bằng MRI.

- Hoạt động của não gây ra những thay đổi huyết

động học Ở những vùng não được kích hoạt, tức là nơi các tế bào thần kinh được kích thích, cả sự gia

tăng lượng oxy tiêu thụ và sự gia tăng lượng oxy đều được quan sát thấy

Nhưng lưu lượng máu não tăng tỷ lệ thuận lớn hơn tiêu thụ ôxy, do đó tỷ lệ tiêu hao lưu lượng giảm

Điều này dẫn đến giảm deoxyhemoglobin tương đối,

có thể được ghi lại bằng MRI, tương ứng với sự gia tăng của tham số T2 *

- Kỹ thuật fMRI liên quan đến đánh giá thay đổi tín hiệu dựa trên kỹ thuật BOLD Thường sử dụng hai pha: kích thích và nghỉ Các kích thích tùy theo vùng chức năng khác nhau Các vùng chức năng não

thường khảo sát trong não gồm: vận động, ngôn ngữ, cảm giác, thị giác… Ví dụ: vùng vận động thường kích thích bằng các cử động liên quan: bấm đầu các ngón tay trong vùng vận động bàn tay, gập duỗi bàn chân trong vùng vận động bàn chân

Phức tạp hơn là các vùng ngôn ngữ Broca,

Werknicke trong xác định bán cầu ưu thế Hướng mới hiện nay của fMRI liên quan dùng các máy từ trường siêu cao (>3T), khảo sát đơn thuần pha nghỉ,

…

Với thang màu trong các hình ảnh thu được có thể xác định các mức sử dụng oxy khác nhau

Thang đo bốn màu

- Mức độ hấp thụ oxy cao nhất được biểu thị bằng màu

đỏ.

- Mức độ hấp thụ oxy trung gian được biểu thị

bằng màu vàng.

- Mức độ bình thường của oxy được thể hiện

bằng màu xanh lá cây.

- Mức oxy thấp hơn bình thường được biểu thị

bằng màu xanh lam.

Hình fMRI trước (A) và sau phẫu thuật (B) U não ở trán trái (mũi tên liên tục), vùng vận động bàn tay (mũi tên không liên tục).

2.3 ỨNG DỤNG LÂM SÀNG.

- Đánh giá suy giảm nhận thức sau đột quỵ, chấn thương hoặc thoái hóa thần kinh đối với chức năng não

- U não: đánh giá liên quan u với các vùng chức

năng, lập bản đồ chức năng tiền phẫu, đánh giá sau phẫu thuật

- Động kinh : Các ứng dụng chính của fMRI trong bệnh động kinh bao gồm lập bản đồ trước phẫu thuật các vùng não hùng hồn (vận động, ngôn ngữ, trí

nhớ), dự đoán kết quả trí nhớ trong phẫu thuật thùy thái dương và xác định vị trí các ổ động kinh

- Bệnh Alzheimer: Bệnh nhân Alzheimer hoặc

những người có nguy cơ Alzheimer cao đã cho thấy

diện tích kích hoạt lớn hơn trên nghiên cứu fMRI

trong quá trình ghi nhớ so với người lớn bình

thường fMRI tốt hơn cho sự suy giảm trí nhớ so với những thay đổi ở vùng hải mã

- Đánh giá các vùng não liên quan đến các chức

năng khác nhau như suy nghĩ, lời nói, vận động và cảm giác

2.4 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM FMRI

+ ƯU ĐIỂM:

- Không xâm lấn và không liên quan đến bức xạ

- Tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao

+ NHƯỢC ĐIỂM:

- FMRI có độ phân giải thời gian thấp (RT), do phụ thuộc vào phản ứng huyết động học: máu được cung cấp oxy cần một thời gian để đến các vùng não cần Tín hiệu BOLD sau đó được phát hiện chỉ sau 2 đến

3 giây sau khi kích thích và không đạt đến mức tối

đa cho đến sau 4 đến 6 giây

- Đắt tiền hơn so với MRI thường qui

- Tín hiệu BOLD rất nhạy với chuyển động, vì vậy

sự hợp tác của bệnh nhân là bắt buộc

- Bệnh nhân phải nằm yên để chụp ảnh rõ nét

- Chuyển động của bệnh nhân có thể ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

- Nhiều yếu tố làm thay đổi phản ứng BOLD như thuốc, tuổi tác, sự chú ý hoặc bệnh lý não, do đó việc giải thích trở nên khó khăn khi có các yếu tố gây

nhiễu như vậy

2.4 TÓM LẠI

- FMRI là kỹ thuật hình ảnh gián tiếp khảo sát hoạt động chức năng của não

- Khi phân tích MRI chức năng cần kết hợp lâm

sang, cận lâm sang, MRI thường qui…

3 NGUYÊN LÝ, KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG

CỘNG HƯỞNG TỪ SỢI TRỤC

Chụp cộng hưởng từ các bó sợi thần kinh

(tractography) hay chụp CHT khuyếch tán sức căng (DTI- diffusion tensor imaging) là một kỹ thuật hình ảnh tiên tiến, áp dụng trong chẩn đoán bệnh lý thần kinh khi nghi ngờ có tổn thương sợi trục hoặc cần

tìm liên quan giữa tổn thương và sợi trục để tránh tổn thương sợi trục khi can thiệp vào tổn thương

3.1 NGUYÊN LÝ

 MRI khuếch tán theo hướng (DTI):

Các sợi chất trắng trong não có tính không đẳng hướng

do myelin và màng của sợi trục thần kinh tác dụng như

hàng rào ngăn cản chuyển động các phân tử nước theo

các hướng không song song với sợi trục, khuếch tán trong não thường không đẳng hướng Cộng hưởng từ khuếch

tán sức căng (DTI) dựa trên nguyên lý về sự khuếch tán bất đẳng hướng của các phân tử nước trong sợi trục.

Hình bó sợi thần kinh (DTT):

Hình các bó sợi thần kinh (DTT)được tạo ra bằng

cách chọn các khối thể tích cạnh nhau có hướng

khuếch tán liên quan Hướng của bó sợi thần kinh là hướng khuếch tán cao nhất của chuyển động do đó

có thể vẽ hình các bó sợi thần kinh não