«ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΟΓΡΑΦΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΔΙΑΓΝΩΣΗ»

Transcript

1 Πανειτήμιο Πατρών Σχολή Ειτημών Υείας Τμήμα Ιατρικής Ενικό Μετόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόων Μηχ. & Μηχ. Υολοιτών Σχολή Μηχανολόων Μηχ. Διατμηματικό Πρόραμμα Μετατυχιακών Σουδών τη Βιοϊατρική Τεχνολοία ΔΙΠΛΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΟΓΡΑΦΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΔΙΑΓΝΣΗ» ΟΝΟΜΑ: Φώτιος Βλάχος (Α.Μ. 5) ΑΘΗΝΑ 5

2 Τριμελής ειτροή: Νικόλαος Ουζούνολου Καηητής ΕΜΠ (ειβλέων) Δημήτριος Κουτούρης Καηητής ΕΜΠ Κωνταντίνα Νικήτα Αναληρώτρια Καηήτρια ΕΜΠ

3 Ευχαριτίες Θα ήελα να ευχαριτήω οριμένα ρόωα χωρις την αρουία των οοίων η διλωματική εραία δεν α ήταν δυνατόν να ραματοοιηεί. Αρχικά α ήελα να ευχαριτήω ερμά τον αξιότιμο καηητή μου Ν. Ουζούνολου ια την νώη και τις δυνατότητες ου μου ροέερε και υνεχίζει να μου ροέρει τα τελευταία τρία χρόνια νωριμίας μας. Για την εκόνηη της εραίας αυτής ήταν είης ιδιαίτερη η αρουία του Δρ. Θ. Αρβανίτη ο οοίος υντόνιε όλα τα ειράματα της αματοκοίας μανητικού υντονιμού ου ραματοοιήηκαν το ανειτήμιο του Birmingham την ερίοδο Οκτώβριος Αρίλιος 5 και βοήηε ημαντικά την ομαλή ροαρμοή μου το Birmingham. Αναορά ρέει να ίνει και ε όλους τους υνεράτες την Αλία: τον τεχνικό nan Znani ο οοίος κατακεύαε το ιατρικό ομοίωμα τους nrw P Nigl Davis και Sahn Laf αό το νοοκομείο Chilrn s Hospial οι οοίοι ραματοοιήαν τις μετρήεις τον μανητικό τομοράο αλλά και τους μετατυχιακούς οιτητές rgor Rnols και John Eason αό τους οοίους έλαβα χρήιμες ληροορίες τόο ε ειτημονικό όο και ε ανρώινο είεδο. Τέλος α ήελα να ευχαριτήω όλα τα κοντινά μου ρόωα τα οοία με τήριξαν ε όλη την χολική και ακαδημαϊκή μου ορεία την μητέρα μου τον ατέρα μου τον αδερό μου και τους αχώριτους ίλους μου Θανάη Αδάμη και Βαέλη Καραανάου.

4 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλοος ΜΕΡΟΣ Α Φαματοκοία Μανητικού Συντονιμού 6. Ειαωή την MR Φαματοκοία 7.. Η ανάτυξη της Φαματοκοίας Μανητικού Συντονιμού 7.. Ανατομία του ανρώινου εκεάλου 9... Ανατομικές Δομές 9 Εκεαλικά ημιαίρια 9 Διεκέαλος Εκεαλικό τέλεχος Παρεκεαλίδα... Χημική Σύταη.. Κλινικές Εαρμοές Φαματοκοίας.. Βιβλιοραία 7. Θεωρία και Τεχνικές Φαματοκοίας Μανητικού Συντονιμού 8.. Αρχές του Πυρηνικού Μανητικού Συντονιμού 8... Η μετατωτική κίνηη των υρήνων 9... Η ημαία των αλμών RF Αοκατάταη κορεμού Ακολουία spin-cho Αοκατάταη ανατροής... Χημική Ολίηη 5.. Τεχνικές ΦΜΣ 7... Singl-vol αματοκοία 7... Muli-vol αματοκοία 9.. Διαδικαίες εαρμοής τεχνικών εντοιμένης ΦΜΣ... Υοτήριξη (Shimming)... Συκράτηη νερού (War supprssion)... Ακολουίες αλμών (Puls squncs).. Εεξεραία ημάτων Φαματοκοίας Μανητικού Συντονιμού... Συνάεια άης (Phag)... Προαρμοή κορυών (Fiing) 5... Αόβεη ορύβου (Dnoig) 6.5. Βιβλιοραία 7

5 Περιεχόμενα. Ποιοτικός Έλεχος Η MRS ανρώινου εκεάλου 9.. Προβλήματα κατά την εαρμοή in vivo ΦΜΣ... Λάη οειλόμενα τον αενή... Λάη ροκαταρκτικών διαδικαιών... Λάη κατά την εαρμοή των εντοιμένων αλμοειρών... Λάη μετεεξεραίας..5. Μηχανικά λάη.. Παράμετροι οιοτικού ελέχου.. Ομοιώματα 6.. Ειλοή υλικών ροομοίωης ιτού ανρώινου εκεάλου 9.5. Βιβλιοραία 5. Ομοίωμα Ποιοτικού Ελέχου SVS και SI 5.. Περιραή ομοιώματος 5.. Μετρήεις με υνταή υλικών # Αοτελέματα gl-vol αματοκοίας 57.. Μετρήεις με υνταή υλικών # 6... Αοτελέματα gl-vol αματοκοίας 6... Αοτελέματα muli-vol αματοκοίας 6.. Συμεράματα 66 ΜΕΡΟΣ Β Ελατοραία Μανητικού Συντονιμού Ειαωή την MR Ελατοραία Η ανάτυξη της Ελατοραίας Μανητικού Συντονιμού Ελατικές ιδιότητες του μαλακού ιτού Βιβλιοραία 7 6. Μαηματική ανάλυη μοντέλου ΕΜΣ Υολοιμός τάης εξόδου Υολοιμός υνολικής μανήτιης Βιβλιοραία 8 7. Υολοιτική αεικόνιη αοτελεμάτων Συμεράματα Υολοιτική αεικόνιη της υνολικής μανήτιης Υολοιτική αεικόνιη του ήματος εξόδου 9

6 Πρόλοος ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η διλωματική εραία χωρίζεται ε δύο μέρη. Το ρώτο μέρος αναέρεται την Φαματοκοία Μανητικού Συντονιμού (ΦΜΣ) η οοία αοτελεί μια μέοδο οιοτικής και οοτικής αξιολόηης των χημικών υτατικών ου υνέτουν τον μαλακό ιτό ενός ορανιμού. Συκεκριμένα η εραία καταιάνεται με τον οιοτικό έλεχο της αματοκοίας ρωτονίου τον ανρώινο εκέαλο και τα λαίια του ελέχου αυτού κατακευάτηκε ένα ιατρικό ομοίωμα ανρώινου εκεάλου άνω το οοία έιναν διάορες μετρήεις. Στο δεύτερο μέρος της διλωματικής εραίας ανατύουμε ένα αλό μαηματικό μοντέλο Ελατοραίας Μανητικού Συντονιμού (ΕΜΣ) αό το οοίο εξάουμε υμεράματα χετικά με την υμεριορά του μαλακού ιτού όταν ε αυτόν ειβληεί ένα ακουτικό κύμα μεταξύ 5-H κατά μια υκεκριμένη διεύυνη. Τα αοτελέματα αξιολοούνται με τη βοήεια του ροράμματος MTLB τόο το ρώτο όο και το δεύτερο μέρος ενώ ε οριμένες εριτώεις ίνεται χρήη του ροράμματος LCMol ια την καλύτερη αεικόνιη των αμάτων της ΦΜΣ. Στις εόμενες ραμμές α εριράψουμε το εριεχόμενο κάε κεαλαίου χωριτά.

7 Πρόλοος 5 Στο ρώτο κεάλαιο αρουιάζεται μια ειαωή την ΦΜΣ του ανρώινου εκεάλου. Συκεκριμένα αναερόματε την ανατομία του εκεάλου και την χημική του ύταη αλλά και τις εαρμοές της ΦΜΣ ια την ανανώριη αενειών όως είναι οι καρκινικοί όκοι η νόος lhimr κτλ. Στο δεύτερο κεάλαιο ανατύουμε τη ενική εωρία του υρηνικού μανητικού υντονιμού άνω την οοία τηρίζεται η αματοκοία. Στη υνέχεια αναερόματε τις διάορες τεχνικές εντοιμένης αματοκοίας (gl-vol SV και spcroscopic imaging SI) καώς και τα βήματα ου ακολουούνται κατά την εαρμοή in vivo και in viro ειραμάτων ΦΜΣ ε ένα ύτημα MRI. Το τρίτο κεάλαιο αορά τον οιοτικό έλεχο της ΦΜΣ ρωτονίου. Στο ημείο αυτό αναλύουμε όλα τα τεχνικά ροβλήματα και τα ροβλήματα εεξεραίας ου υειέρχονται κατά την ραματοοίηη μιας αματοκοικής μέτρηης και τον τρόο με τον οοίο αυτά εμανίζονται τα δεδομένα. Στη υνέχεια αρουιάζουμε τα ήδη υάρχοντα ρωτόκολλα ου έχουν ανατυχεί ια τον οιοτικό έλεχο και τις αραμέτρους ου ελέχονται ια την βέλτιτοοίηη των αοτελεμάτων. Παράλληλα αναερόματε τα ομοιώματα ου έχουν κατακευατεί μέχρι ήμερα ια αυτόν τον κοό δίνοντας έμαη τα υλικά και την δομή ου αυτά έχουν. Στο τέταρτο κεάλαιο αρουιάζεται η αναλυτική εριραή του ιατρικού ομοιώματος ου κατακευάτηκε το ανειτήμιο του Birmingham τα λαίια της διλωματικής εραίας. Μετά την εριραή αρουιάζονται και εξηούνται μια ειρά αοτελεμάτων τα οοία καταράηκαν το Chilrn s Hospial κατά την ειαωή του ομοιώματος ε έναν μανητικό τομοράο SIEMENS. Στη υνέχεια εριράουμε την τεχνική της Ελατοραίας Μανητικού Συντονιμού. Συκεκριμένα το έμτο κεάλαιο δίνεται μια ειαωή το εωρητικό υόβαρο ου χαρακτηρίζει την ΕΜΣ και ιδιαίτερα τις ελατικές ιδιότητες του μαλακού ιτού άνω τις οοίες τηρίζεται όλη η εωρία. Στο έκτο κεάλαιο υοέτουμε την ύαρξη ενός αλοοιημένου μοντέλου ελατοραίας άνω το οοίο εαρμόζουμε μια ακουτική ταλάντωη και με την βοήεια του μαηματικού λοιμού εξάουμε τις μαηματικές χέεις ου εκράζουν το αινόμενο. Συκεκριμένα ραματοοιούμε τους μεταχηματιμούς Fourir των ημάτων ια να αρακολουήουμε τη υμεριορά του ιτού μέα αό ένα υοετικό ύτημα MRI και τελικά εξάουμε τις χέεις ου εριράουν το ήμα εξόδου και την υνολική μανήτιη. Τέλος το έβδομο κεάλαιο χρηιμοοιούμε το ρόραμμα MTLB ια να αεικονίουμε τις μαηματικές χέεις του ήματος εξόδου και της υνολικής μανήτιης. Μεταβάλλοντας τις αραμέτρους της ακουτικής υχνότητας και του χρόνου άρωης βλέουμε τον τρόο με τον οοίο εμανίζονται οι αλλαές αυτές τα ραήματα.

8 Διατμηματικό Πρόραμμα Μετατυχιακών Σουδών τη Βιοϊατρική Τεχνολοία Περίληψη Διλωματικής Εραίας: «Φαματοκοία και Ελατοραία Πυρηνικού Μανητικού Συντονιμού την Διάνωη» (Φώτιος Βλάχος Α.Μ.: 5) Η διλωματική εραία εριράει δύο τεχνικές οι οοίες αξιοοιούν το αινόμενο του υρηνικού μανητικού υντονιμού ροκειμένου να αναλύουν την χημική ύταη του μαλακού ιτού και να αεικονίουν τις ελατικές ιδιότητές του. Οι τεχνικές αυτές ονομάζονται Φαματοκοία και Ελατοραία Μανητικού Συντονιμού αντίτοιχα και η εαρμοή τους ε κλινικό είεδο ροβλέεται να ραματοοιηεί μέα τα εόμενα δέκα χρόνια. H MR Φαματοκοία εκμεταλλεύεται την αρχή της μεταοράς ενέρειας μεταξύ εξωτερικών μανητικών εδίων και υκεκριμένων υρήνων των ατόμων. Η μεταορά της ενέρειας ροκαλεί τη διέερη των υρήνων και ανάλοα με το χημικό εριβάλλον το οοίο ανήκουν οι υχνότητες υντονιμού τους αρουιάζουν μικρές διαορές (αινόμενο της χημικής ολίηης). Οι υχνότητες αυτές αεικονίζονται ε ένα άμα αό το οοίο εξάονται ημαντικές ληροορίες χετικά με το είδος κα την υκέντρωη των υρήνων ου υόκεινται ε μετατωτική κίνηη κατά την είδραη των αλμών ραδιουχνοτήτων του ειράματος. Η εαρμοή ενός ειράματος MR αματοκοίας εηρεάζεται αό ολλούς αράοντες τόο ε υολοιτικό όο και ε μηχανικό είεδο. Τα λάη ου υειέρχονται αό μια ειρά ηές και αλλοιώνουν τα τελικά άματα καιτούν ααραίτητο τον οριμό ενός ρωτοκόλλου μέα αό το οοίο α ελέχονται όλες οι αράμετροι ου αξιολοούν την αόδοη του MR αματοκοίας. Στην εραία αραέτουμε ένα υκεκριμένο ρωτόκολλο οιοτικού ελέχου και ορίζουμε μια ειρά αραμέτρων η βελτιτοοίηη των οοίων αυξάνει την αόδοη των ειραμάτων in vivo αματοκοίας ρωτονίου του ανρώινου εκεάλου. Προς αυτό το κοό κατακευάαμε ένα ιατρικό ομοίωμα τα ρότυα άλλων ερευνητικών ομοιωμάτων το οοίο ροομοιώνει τις ανατομικές δομές της ανρώινης κεαλής αοτελούμενο αό ανεξάρτητα μέρη ια την καλύτερη ροέιη των εριοχών του εκεαλονωτιαίου υρού του κρανίου και της

9 αενούς εριοχής. Το ομοίωμα αυτό τοοετήηκε ε ένα ύτημα MRI.5Τ και τα αοτελέματα των διαόρων ειραμάτων εεξεράτηκαν και αξιολοήηκαν βάει των αραμέτρων οιοτικού ελέχου ια την εξαωή ημαντικών υμεραμάτων. Η MR Ελατοραία αοτελεί μια διαορετική τεχνική η οοία βαίζεται είης την αρχή του υρηνικού μανητικού υντονιμού ε υνδυαμό με την χρήη διαδιδόμενων μηχανικών κυμάτων ια την οτικοοίηη των ελατικών ιδιοτήτων των ιτών. Σύμωνα με τη εωρία ου διέει την τεχνική αυτή η μετατόιη κάε pil ου ροκαλείται αό την εαρμομένη υμίεη τον ιτό εντοίζεται και καταράεται αό το ύτημα MRI ενώ με τη βοήεια υκεκριμένων εξιώεων κίνηης ανακατακευάζεται η κατανομή της ελατικότητας αό την εικόνα με τα μετατοιμένα pils. Στην εραία αυτή αναλύουμε μαηματικά ένα αλό μοντέλο MR ελατοραίας. Συκεκριμένα ε ένα ύτημα μανητικού τομοράου Β Tsla τοοετούμε ένα ελλειτικό τριδιάτατο ώμα το κέντρο των αξόνων η μάζα του οοίου ακολουεί κανονική κατανομή ε κάε άξονα. Πραματοοιώντας τους μεταχηματιμούς Fourir κάτω αό την είδραη της ακουτικής ταλάντωης υχνότητας τον άξονα μορούμε να υολοίουμε τη χέη ου εριράει την τάη εξόδου και την υνολική μανήτιη. Στη υνέχεια ραματοοιούμε την υολοιτική αεικόνιη των μαηματικών χέεων και εξάουμε ημαντικά υμεράματα τα οοία μας δείχνουν τον τρόο με τον οοίο εηρεάζονται τα εξαόμενα αοτελέματα υό την αρουία του ακουτικού κύματος. Οι τεχνικές της αματοκοίας και της ελατοραίας μανητικού υντονιμού ρόκειται να αοτελέουν ένα χρήιμο εραλείο διάνωης αενειών ιδιαίτερα τον ανρώινο εκέαλο τον ροτάτη και τον ματό καώς υκεντρώνουν ληροορίες ου είναι δύκολο να εξαχούν με οοιαδήοτε άλλη διανωτική μέοδο ήμερα. Η χρήη των τεχνικών αυτών την ανανώριη και ανίχνευη καρκινικών όκων αλλά και διαόρων άλλων αενειών όως είναι η νόος lhimr η ηατική εκεαλοάεια οι μολυματικές αένειες και οι αιδιατρικές μεταβολικές ανωμαλίες είναι ίουρο ότι α αοτελέει ένα ουδαίο ιατρικό βήμα την αντιμετώιή τους.

10

11 Ειαωή 7. ΕΙΣΑΓΓΉ.. Η ανάτυξη της Φαματοκοίας Μανητικού Συντονιμού Η αματοκοία μανητικού υντονιμού (ΦΜΣ) είναι μια διανωτική μέοδος μη ιοντίζουας ακτινοβολίας ια την οιοτική και οοτική αξιολόηη των χημικών υτατικών ου αοτελούν τον μαλακό ιτό ενός ορανιμού. Σαν μέοδος χημικής ανάλυης ανακαλύηκε την δεκαετία του 9 και έχει βραβευεί δύο ορές με το βραβείο Nobl την δεκαετία του 95 με τους ρωτοόρους F. Bloch και E. M. Purcll ια τα ρώτα ειραματικά αοτελέματα του αινομένου (Nobl Φυικής 95) και την δεκαετία του 99 με τον R. R. Erns ια την ανάτυξη των τεχνικών του Πυρηνικού Μανητικού Συντονιμού (Nobl Χημείας 99). Σήμερα η μέοδος αοτελεί ένα αό τα ιο ιχυρά εραλεία την ύχρονη ειτήμη ενώ οι εεκτάεις της υναντούν τους τομείς της υικής της χημείας των βιοειτημών της έρευνας υλικών και της ιατρικής διάνωης. Η μέοδος της αματοκοίας βαίζεται την ίδια αρχή ου διέει την Αεικόνιη Μανητικού Συντονιμού (MRI) δηλαδή την μεταορά ενέρειας μεταξύ εξωτερικών μανητικών εδίων και υκεκριμένων υρήνων των ατόμων.

12 Ειαωή 8 Όλοι οι υρήνες των ατόμων χαρακτηρίζονται αό μια μανητική ιδιότητα ροής ου ονομάζεται spin. Όταν οι υρήνες αυτοί βρεούν κάτω αό την είδραη ενός ιχυρού μανητικού εδίου τότε είναι δυνατόν να μεταερεί ενέρεια το ύτημα των υρήνων με τη μορή αλμών ραδιουχνοτήτων και να αλλάξει η ενερειακή κατάταη του υτήματος. Στην Αεικόνιη Μανητικού Συντονιμού η διαορά της ενέρειας καταράεται ως ένα ήμα ραδιουχνοτήτων (RF) το οοίο τη υνέχεια μετατρέεται ε μια εικόνα διαβαμίεων του κρί όου τα εντονότερα εικονοτοιχεία (pils) αντιτοιχούν ε υψηλότερης ιχύος λαμβανόμενα ήματα. Η διαορά ανάμεα την αεικόνιη και την αματοκοία μανητικού υντονιμού εντοίζεται το εονός ότι την αεικόνιη το λαμβανόμενο ήμα ραδιοχυνοτήτων εριέχει ληροορία χετική με την χωρική έη του υρήνα ενώ η αματοκοία αρέχει ληροορία χετικά με τη χημική ύταη του διεερμένου ιτού. Η ληροορία αυτή αεικονίζεται ραικά ως ένα άμα όου οι κορυές του αντιτοιχούν τις διαορετικές χημικές ουίες ου καταμετρήηκαν και ανάλοα με το είδος και την έη της κάε κορυής τον άξονα των υχνοτήτων εξάονται υμεράματα ια την ύταη του ιτού (χήμα.). λάτος ήματος υχνότητα Σχήμα.. Εντοιμένο (Locali) in vivo H MR άμα με ακολουία simula cho ε ύτημα των.5τ. Διακρίνονται οι ημαντικότεροι μεταβολίτες Cho (χολίνη) Cr (κρεατίνη) N (Naclapsara) ου εντοίζονται τον εκέαλο. Οι υρήνες ου διεείρονται κατά την αματοκοία ρέει να εριέχουν εριττό αριμό ρωτονίων ροκειμένου να χαρακτηρίζονται αό μια μανητική ροή το αινόμενο της οοίας εκμεταλλευόματε. Αυτοί ου χρηιμοοιούνται υνήως ε in vivo ειράματα είναι του υδροόνου H του ωόρου P του νατρίου Na του ορίου 9 F του άνρακα C και του αζώτου 5 Ν εονός ου ανερώνει το μεάλο εύρος των εαρμοών την χημεία και την ιατρική. Η MR αματοκοία του υδροόνου η οοία ονομάζεται εναλλακτικά αματοκοία ρωτονίου εειδή ο υρήνας του υδροόνου αοτελείται αό ένα ρωτόνιο είναι η ιο εύκολη και ιο αοτελεματική τεχνική υκριτικά και αρουιάζει υψηλές τιμές του λόου ήματος ρος όρυβο (SNR). Παράληλα μορεί να εξάει αοτελέματα το χρονικό διάτημα μερικών μόνο λετών ενώ η διαδικαία έχει ήδη ενωματωεί τα υμβατικά MR αεικονιτικά ρωτόκολλα ια κλινικές δοκιμές τον ανρώινο ορανιμό. Οι ημαντικότερες ίως κλινικές εαρμοές της MR αματοκοίας εντοίζονται τον ματό και τον εκέαλο. Ιδιαίτερα ια τον εκέαλο έχουν δημοιευτεί ολλές εραίες οι οοίες ραματεύονται την χρήη της αματοκοίας τους κλάδους της οκολοίας ψυχιατρικής αιδιατρικής κτλ. Πριν αναερούμε αναλυτικά τις εαρμοές της αματοκοίας το ανρώινο κεάλι

13 Ειαωή 9 α εριράψουμε οριμένα ανατομικά χαρακτηριτικά του εκεάλου και α δώουμε έμαη την χημική του ύταη... Ανατομία του Ανρώινου Εκεάλου... Ανατομικές Δομές Οι κυριότερες εριοχές του εκεάλου (χήμα.) είναι τα εκεαλικά ημιαίρια ο διεκέαλος το εκεαλικό τέλεχος και η αρεκεαλίδα. Το ύνολο του εκεάλου καλύτεται αό το κρανίο το οοίο υάρχει υψηλή υκέντρωη ε λίος και υηρετεί την ροταία του εωτερικού της κεαλής αό εξωτερικά χτυήματα και κρούεις. Εκεαλικά ημιαίρια Σχήμα.. Οι κυριότερες εριοχές του εκεάλου. Τα εκεαλικά ημιαίρια (χήμα.) ου αοτελούν το μεαλύτερο τμήμα του εκεάλου (ερίου το % της υνολικής μάζας του εκεάλου) εμανίζουν την ειάνειά τους ολυάριμες ροεξοχές και αυλακώεις οι οοίες ονομάζονται έλικες και αύλακες αντίτοιχα. Οι βαύτερες αύλακες ονομάζονται χιμές. Η ειμήκης χιμή χωρίζει τα ημιαίρια μεταξύ τους ενώ άλλες χιμές χωρίζουν το κάε ημιαίριο ε λοβούς οι οοίοι είναι ο μετωιαίος ο βρεματικός ο κροταικός και ο ινιακός. Τα εκεαλικά ημιαίρια αοτελούνται αό ένα εξωτερικό τρώμα αιάς ουίας το λοιό των ημιαιρίων ο οοίος υνίταται αό ώματα νευρικών κυττάρων ενώ κάτω αό το λοιό βρίκονται μάζες λευκής ουίας ου εριέχουν νευρικές αουάδες.

14 Ειαωή Διεκέαλος Σχήμα.. Τα εκεαλικά ημιαίρια. Ο διεκέαλος αοτελείται αό τον άλαμο τον υοάλαμο και τον ειάλαμο τα οοία μαζί εωκλείουν την τρίτη κοιλία. Ο άλαμος αοτελείται κυρίως αό αιά ουία και αοτελεί ημαντικό κέντρο υοδοχής ερειμάτων τόο αό την εριέρεια τα οοία τη υνέχεια κατευύνει ρος το λοιό των ημιαιρίων όο και αό τα ημιαίρια τα οοία τη υνέχεια μεταέρει ρος την εριέρεια. Ο υοάλαμος αίζει ουδαίο ρόλο την ααρτίωη του νευρικού υτήματος με το ενδοκρινικό μέω της υόυης με την οοία υνδέεται. Ο υοάλαμος είναι το ρυμιτικό κέντρο των αυτόνομων (υτικών) λειτουριών ενώ με τις υνδέεις του με την υόυη ρυμίζει τις λειτουρίες και τη μεταβολική δρατηριότητα ολλών ενδοκρινών αδένων. Ακόμη τον υοάλαμο εριέχονται διάορα ζωτικά κέντρα όως του ύνου και της ερήορης της ρύμιης της ερμοκραίας του ώματος των υναιημάτων της ανταλλαής του ύδατος των υδατανράκων των λιών και άλλα. Ο ειάλαμος αοτελείται αό την είυη και την χοριοειδές λέμα το οοίο αράει το εκεαλονωτιαίο υρό. Εκεαλικό τέλεχος Το εκεαλικό τέλεχος αοτελείται αό τον ρομήκη μυελό την έυρα και τον μέο εκέαλο ή μεεκέαλο (χήμα.). Η υή του είναι αρόμοια με του νωτιαίου μυελού και εριέχει τα κυτταρικά ώματα (υρήνες) των εκεαλικών νεύρων και τις εριοχές (κέντρα) ου ελέχουν την ανανοή και την κυκλοορία. Το τέλεχος του εκεάλου μαζί με την αρεκεαλίδα αίζουν ημαντικό ρόλο τον έλεχο των κινήεων. Η έυρα αρεμβάλλεται μεταξύ των κελών του εκεάλου και του ρομήκη και εριέχει τους υρήνες και οδούς του ααωού νεύρου του ροωικού νεύρου τον κινητικό υρήνα του τριδύμου νεύρου τον τελικό αιητικό υρήνα του

15 Ειαωή τριδύμου νεύρου τους κοχλιακούς υρήνες του κοχλιακού νεύρου τους αιουαίους υρήνες του αιουαίου νεύρου και τον δικτυωτό χηματιμό της έυρας. Ο ρομήκης μυελός αοτελεί τη υνέχεια του νωτιαίου μυελού ρος τον εκέαλο. Τα όριο του ρομήκη με το νωτιαίο μυελό δεν είναι αές. Ο ρομήκης μυελός αοτελεί ολύ ουδαίο κέντρο του υραμιδικού και του εξωυραμιδικού υτήματος και κέντρο ή διάμεο ταμό της κινητικής και της αιητικής οδού ενώ είης τον ρομήκη μυελό βρίκονται οι υρήνες των τεάρων τελευταίων εκεαλικών υζυιών. Τέλος με τον δικτυωτό χηματιμό του ο ρομήκης μυελός αοτελεί κέντρο ρύμιης ημαντικού αριμού ζωτικών λειτουριών αού εριέχει τα κέντρα του ανανευτικού της ρύμιης της καρδιακής λειτουρίας και του τόνου των αείων κέντρα ου έχουν χέη με την ρόληψη της τροής και κέντρα ροτατευτικών αντανακλατικών. Μεεκέαλος Γέυρα Προμήκης μυελός Παρεκεαλίδα Παρεκεαλίδα Σχήμα.. Το εκεαλικό τέλεχος και η αρεκεαλίδα. Η αρεκεαλίδα η οοία βρίκεται ανάμεα την έυρα και τον ρομήκη μυελό καταλαμβάνει ερίου το % της υνολικής μάζας του εκεάλου. Η αρεκεαλίδα είναι το κεντρικό νευρικό όρανο ου ρυμίζει τον τόνο των μυών τις υνδυαμένες αρμονικές ωματικές κινήεις και εξααλίζει την ιορροία του ώματος. Τα αραάνω ειτυχάνονται με τις υνδέεις της αρεκεαλίδας με τα ημιαίρια τον νωτιαίο μυελό και τους αιουαίους υρήνες. Διακρίνεται τον κώληκα και τα ημιαίρια της αρεκεαλίδας. Σε βλάβη της αρεκεαλίδας ροκαλείται αυνέρεια των μυϊκών κινήεων ου ονομάζεται αρεκεαλιδική αταξία.

16 Ειαωή... Χημική ύταη Στα λαίια της MR αματοκοίας μορούμε να αλουτεύουμε την χημική ύταη του εκεάλου εωρώντας ότι αοτελείται κυρίως αό νερό (brain war) και μια ειρά άλλων τοιχείων ου ονομάζονται μεταβολίτες. Ο λόος της υκεκριμένης αλούτευης κρύβεται ίω αό το εονός ότι η αματοκοία δεν έχει την ικανότητα να ανιχνεύει εύκολα ξηρά ουία (r-mar) με αοτέλεμα ερίου μόνο το % του εκεαλικού ιτού ου μας ενδιαέρει να είναι ορατό το άμα. Ανάλοα με την τεχνική της αματοκοίας ου εαρμόζουμε δηλαδή τους διαορετικούς υρήνες ου μορούμε να διεείρουμε τον μαλακό ιτό του εκεάλου μορούμε να αξιολοήουμε και να οοτικοοιήουμε διάορους μεταβολίτες (Πίνακας.). Η αραάνω αλούτευη μας δίνει την δυνατότητα να ραματοοιήουμε μια ευκολότερη ανάλυη της χημικής ύταης του εκεάλου. Το εκεαλικό υρό κατανέμεται ε οοτό 85% εντός των κυττάρων (ενδοκυττάριο) και 5% εκτός (εξωκυττάριο). Το ενδοκυττάριο υρό υκεντρώνεται το κυτόλαμα και τα μιτοχόνδρια και εριέχει διάορες ουίες όως λιίδια οριμένες ρωτείνες αμινοξέα νευροδιαβιβατές διάορες ουίες μικρού μοριακού βάρους και ουίες διαορετικής υκέντρωης αό αυτές ου υάρχουν το εξωκυττάριο και το εκεαλονωτιαίο υρό (CSF) με εξαίρεη την λυκόζη η οοία βρίκεται ε αναλοία 5:: το αίμα το εκεαλονωτιαίο και το εκεαλικό υρό αντίτοιχα. Αό την άλλη η ξηρά ουία αορά ε μεάλου μεέους δομές οι οοίες όως αναέραμε ανιχνεύονται δύκολα με την αματοκοία. Τέτοιες δομές είναι το DN το RN οι εριότερες ρωτείνες και τα ωολιίδια αλλά και η κυτταρική μεμβράνη τα ορανίδια και η μυελίνη των μιτοχονδρίων. Είης κάοιοι ημαντικοί νευροδιαβιβατές όως η ακετυλχολίνη η ντοαμίνη και η εροτονίνη είναι αούες αό τα άματα είτε εειδή οι υκεντρώεις τους είναι ολύ χαμηλές είτε εειδή είναι μη ανιχνεύιμες αό την ΦΜΣ. Παρόλο ου ολλές κυτταρικές δομές δεν είναι ανιχνεύιμες αό την ΦΜΣ ειναι δυνατόν να ελεχεί η αρουία τους τον ορανιμό με έμμεους τρόους. Για αράδεια η ωατιδυλχολίνη η ωατιδυλεανολαμίνη και τα αράωα της ερίνης και της ινοιτόλης ου βρίκονται τη μυελίνη είναι αόρατες ουίες κατά την ΦΜΣ όμως τα υτατικά αό τα οοία υνέτονται (ωορυλ-χολίνη λυκεροωολυν-χολίνη χολίνη και μυο-ινοιτόλη) μορούν να ανιχνευτούν ε άματα P και H. Αντίτοιχα η αματοκοία ειτρέει την αρατήρηη μικρών αλλαών τον μεταβολιμό δεδομένου ότι μορεί να εντοίει υκεντρώεις αλακτικού και λουταμινικού οξέος αό τις οοίες ελέχεται η χρήη ενζύμων ια τις διαδικαίες οξείδωης και αναωής. Με αρόμοιο τρόο μορούμε να ανιχνεύουμε διαδικαίες διαμεριμού μεάλων μορίων μέω των καταλυτών ου χρηιμοοιούνται (κρεατίνη-κινάη κρεατίνη και ωοκρεατίνη) και της ενερειακής δομής TP. Σε αυτό το ημείο είναι χρήιμο να αναερούμε ε μερικούς αό τους κυριότερους μεταβολίτες ου ανιχνεύονται με την υνηέτερη μορή αματοκοίας την Η ΦΜΣ. Αό τους βαικότερους μεταβολίτες είναι το Ν- ακετυλ ααρτικό (ΝΑΑ) το οοίο αρουιάζει μια κορυή τα.5 ppm όου ppm ημαίνει pars pr million και είναι μια μονάδα ου χρηιμοοιείται έναντι των H ια λόους ευκολίας. Η ουία ΝΑΑ εντοίζεται μόνο τους νευρώνες και δεδομένου ότι οι εριότεροι όκοι δεν υνέτονται αό νευρώνες υνήως είναι μειωμένης υκέντρωης ή αούα. Παρόλα αυτά μια αυξημένη υκέντρωη του ΝΑΑ μορεί να ημαίνει την αρουία λοιώματος.

17 Ειαωή Ονομαία Μεταβολίτη Τεχνική Ακρίβεια acoaca H ±.5mM acon H ±.mm ano-riphospha (TP) P ±.mm aspara H ±mm aroph in H ±% ba-hrobura H ±.5mM brain r-mar H ±% Cholin (. ppm) H ±.mm Crain (. &.9 ppm) H ±mm CSF-pa aquuc flow H -Cin ±ml/min CSF-volum H ±% Ehanol (. ppm) H ±mm fluoin 9F ±mg/ml (ri)fluoprain 9F ±mg/ml B (.. ppm) H ±mm lucos (. &.8 ppm) H C ±.mm glucos ranspor ra (/) nrich C ±.5min gluama C ±mm gluamin (.. &.8 ppm) H ±mm glcrol C ±5mM glcrophosphorlcholin {H}-P ±.mm glcrophosphohanolamin {H}-P ±.mm lcin (.56 ppm) H ±mm glcolsis ra nrich C ±.7/min/g guano-phospha P ±mm hrogn-ion (ph) P ±.ph unis inorganic phospha P ±.mm inosiol--phospha {H}-P s or no isolucin H ±mm Laca (. ppm) H ±.5mM lucin H ±mm Lipis (.9 &. ppm) H; C ±mm lihium 7Li ±.mm macromolculs H; R ±.mm magnsium (Mg) P ±mm Manniol (.8 ppm) H ±mm mo-inosiol (.56 ppm) H; C ±mm N (.5 ppm) H ±.7mM N H ±.mm oii hmoglobin fmri (H) ±.% phnl-alanin H ±mm phospho-cholin cp ±.mm phosphocrain P ±.mm phosphoisrs P ±mm phosphohanolamin cp ±.mm phospholipi (mmbran) cp ±% phosphomonosrs P ±mm propan-iol H ±mm priin nucloli(s) (ND NDP) cp ±mm sclloinosiol H ±.mm soium Na ± aurin* (*s also sclloinosiol) H ±mm TC-ccl ra nrich C ±.mmol/min/g ransaminas ra nrich C ± mmol/min/g riglcri C ±5mM valin H ±mm war conn H ±% Πίνακας.. Μεταβολίτες του εκεάλου ου καταμετρούνται με MR αματοκοία ε κλινικά υτήματα [Blüml-Ross].

18 Ειαωή Η χολίνη (Cho) αρουιάζει την κορυή της τη υχνότητα ~. ppm. Σε υψηλές τιμές υκέντρωης υοδεικνύει την ειταχυνόμενη ύνεη μεμβράνης των ολλαλαιαζόμενων καρκινικών κυττάρων και αοτελεί μια ένδειξη της αρουίας όκου το ημείο της αματοκοικής εξέταης. Το ήμα της χολίνης το άμα διαμορώνεται τόο αό την χολίνη όο και αό την ωοχολίνη και την λυκεροωοχολίνη. Ένας άλλος ημαντικός μεταβολίτης ου αίζει ημαντικό ρόλο την διάνωη αήεων μέω της ΦΜΣ είναι η κρεατίνη η οοία δίνει κορυές τα. και τα.9 ppm μαζί με την ωοκρεατίνη. Οι κορυές αυτές αρέχουν ένα μέτρο των ενερειακών αοεμάτων του ορανιμού. Στα αματοκοικά ειράματα έχει αρατηρηεί ότι οι υκεντρώεις της κρεατίνης είναι μειωμένες την ερίτωη αήεων όως το ατροκύτωμα και το μηνινκίωμα όου ο όκος έχει αυξημένες ααιτήεις ια τροοδοία αίματος οδηώντας ε αναερόβια λυκόλυη. Εκτός αό τους τρεις αραάνω βαικούς μεταβολίτες οι υκεντρώεις των οοίων αοτελούν χρήιμο εραλείο ια την διάνωη ολλών αήεων τον εκέαλο μια ειρά άλλων μεταβολιτών μορούν να ανιχνευούν αό την ΦΜΣ και να βοηήουν την εξαωή ημαντικών διανωτικών υμεραμάτων βάει των υιολοικών δρατηριοτήτων τις οοίες κάε ένας εμλέκεται. Συκεκριμένα η υκέντρωη της μυο-ινοιτόλης (~.56 ppm) αοτελεί μια ένδειξη της ανάτυξης νευρολοιακών κυττάρων ενώ αό την λουταμίνη (μεταξύ.. και.8 ppm) μορούμε να άρουμε ληροορίες ια τους νευροδιαβιβατές καώς η ίδια η λουταμίνη είναι ένας αό αυτούς. Το αλακτικό οξύ (. ppm) ως ροϊόν αναερόβιας λυκόλυης δίνει τη δυνατότητα ελέχου των οεξειδωαναωικών λειτουριών. Είης η αυξημένη υκέντρωη των λιιδίων (.9 και. ppm) τα οοία αοτελούν ροϊόντα κατατροής εκεαλικών κυττάρων έχει άμεη χέη με την δημιουρία όκου. Άλλοι ανιχνεύιμοι μεταβολίτες το άμα Η είναι η εανόλη η αλανίνη η λυκόζη και η μαννιτόλη κάε ένας αό τους οοίους μορεί να αοδειχεί ημαντική ένδειξη ια υκεκριμένες αήεις... Κλινικές Εαρμοές της ΦΜΣ Ο υνηέτερος τρόος ανάλυης των αματοκοικών μετρήεων είναι ο έλεχος των λόων των υκεντρώεων των μεταβολιτών κυρίως των λόων N/Cr N/Cho και Cho/Cr. Στον ίνακα. αρουιάζονται οι κανονικές και οι αντικανονικές τιμές των λόων αυτών όως έχουν αοδειχεί με ειραματικές μετρήεις ε μη υιολοικό ιτό και ε υιολοικό ιτό του οοίου η χημική ύταη είναι νωτή και μορεί να ληεί ως μέτρηη αναοράς. Στο χήμα.5 αίνονται δύο άματα ου ροέρχονται αό διαορετικά ημεία του εκεάλου και εομένως οι υκεντρώεις των μεταβολιτών ου ανιχνεύονται διαέρουν. Αυτό αεικονίζεται το άμα ως διαοροοιήεις την μορή των κορυών του. υιολοικός ιτός μη υιολοικός ιτός N/Cr. <.6 N/Cho.6 <. Cho/Cr. >.5 Πίνακας.. Φυιολοικές και μη υιολοικές τιμές των λόων των υκεντρώεων των μεταβολιτών.

19 Ειαωή 5 Σχήμα.5. Φαματοκοικές μετρήεις ε λευκό (whi mar) και κρί ιτό (gra mar). Οι υεριχύουες κορυές αό τα αριτερά ρος τα δεξιά είναι της μυο-ινοιτόλης της χολίνης της κρεατίνης και του ΝΑΑ. Η διαορά των δύο αμάτων εντοίζεται την υκέντρωη της κρεατίνης η οοία είναι αυξημένη τον κρι ιτό ( ο άμα). Η κλίη Hunr χηματίζεται αό τους μεταβολίτες τον λευκό ιτό ( ο άμα). Στη υνέχεια α εριράψουμε αναλυτικά μερικές αό τις ημαντικότερες κλινικές εαρμοές της ΦΜΣ τον εκέαλο. Συκεκριμένα α ανατύξουμε τους τρόους με τους οοίους ίνονται οι διανώεις καρκινικών όκων ιχαιμίας τραύματος μολυματικών αενειών αιδιατρικών μεταβολικών ανωμαλιών ηατικής εκεαλοάειας και της νόου lhimr. Η ΦΜΣ μορεί να χρηιμοοιηεί ια τον ροδιοριμό του ταδίου του καρκίνου τον εκέαλο. Η ύαρξη όκου τον εκέαλο υνοδεύεται αό μείωη των υκεντρώεων του ΝΑΑ και της κρεατίνης και αύξηη των υκεντρώεων της χολίνης του αλακτικού οξέος και των λιιδίων. Η μείωη του Ν-ακετυλ-ααρτικού υοδεικνύει την κατατροή νευρώνων αό τον όκο. Αντίτοιχα η μείωη των ενερειακών αοεμάτων ου η αυξημένη μεταβολική δρατηριότητα των όκων ροκαλεί έχει αν αοτέλεμα την μείωη της κρεατίνης. Η χολίνη αυξάνει την υκέντρωη της ως αοτέλεμα της ταχείας ανάτυξης των καρκινικών κυττάρων ενώ η ύαρξη των λιιδίων υοδεικνύει την αρουία νεκρωμένου καρκινικού ιτού. Τέλος το αλακτικό οξύ υνιτά την αυξημένη αιματική ροή τα καρκινικά μέρη του εκεαλικού ιτού ανακάζοντας τον ορανιμό να ραματοοιήει αναερόβια λυκόλυη. Ο έλεχος των αραάνω μεταβολιτών ίνεται με την εαρμοή της gl-vol ΦΜΣ όου εξετάζεται ένα μικρό δείμα του καρκινικού ιτού τα όρια του οοίου ορίζονται ροκαταρκτικά. Μία τέτοια εξέταη αίνεται το χήμα.6α. Κατά την ειλοή του gl-vol τις εριτώεις όκου ρέει να αοεύονται εριοχές όου υάρχει νέκρωη αιμορραία αβετοοίηη και κύτες. Εναλλακτικά ο έλεχος των μεταβολιτών ίνεται με την εαρμοή muli-vol ΦΜΣ όου εξετάζεται μια μεαλύτερη εριοχή ιτού αό την οοία δημιουρούνται χάρτες μεταβολιτών (maboli maps) ου αεικονίζουν την υκέντρωη του κάε μεταβολίτη υναρτήει της ένταης της ωτεινότητας ε κάε ημείο της εικόνας. Η muli-vol ΦΜΣ εαρμόζεται υνήως ε εριτώεις ου έλουμε να ελέξουμε την διεύδυη των καρκινικών κυττάρων ε υιείς εριοχές του ιτού ή την εαναληψιμότητα του καρκίνου έειτα αό την ραματοοίηη της εκάτοτε εραείας (χήμα.6β).

20 Ειαωή 6 Σχήμα.6. Περίτωη όκου τον εκέαλο. (a) Εαρμοή gl-vol ΦΜΣ ε μια υκεκριμένη έη ου ορίζεται την εικόνα MRI. (β) Εαρμοή muli-vol ΦΜΣ (αματοκοική αεικόνιη) και δημιουρία χαρτών μεταβολιτών ια τις ουίες της χολίνης Cho της κρεατίνης Cr και του ΝΑΑ. Όταν ο εκέαλος ίνεται ιχαιμικός ενιχύεται η διαδικαία της αναερόβιας λυκόλυης με αοτέλεμα την αύξηη της υκέντρωης του αλακτικού οξέος. Εομένως ο έλεχος του μεταβολίτη αυτού αοτελεί το κύριο χαρακτηριτικό ια την διάνωη της εκεαλικής ιχαιμίας. Ταυτόχρονα η υκέντρωη της χολίνης είναι μειωμένη ενώ το αντίετο ιχύει ια το ΝΑΑ και την κρεατίνη. Οι κλινικές έρευνες της μολυματικής αένειας HIV έχουν οδηήει τη χρήη της ΦΜΣ ροκειμένου να αξιολοηούν οι ειτώεις της αένειας αυτής τον εκέαλο και υκεκριμένα τις λειτουρίες του νευρικού υτήματος. Παρόλο ου τα αοτελέματα δεν είναι ιδιαίτερα εναρρυντικά έχει αρατηρηεί ότι τις εριτώεις αενών ου έχουν ροβληεί αό IDS και εηρεάζεται το νευρικό τους ύτημα τα άματα μανητικού υντονιμού δίνουν μειωμένη υκέντρωη χολίνης και αυξημένο ΝΑΑ. Αυτό υμβαίνει εειδή η χολίνη είναι ένας δείκτης των ανωμαλιών του λευκού ιτού (whi mar) ενώ η αύξηη του ΝΑΑ υνδέεται άμεα με τον βαμό της νόου του IDS. Εξάλλου ερευνητικό ενδιαέρον αρουιάζει και το ενδεχόμενο χρήης της ΦΜΣ ια τις εκεαλικές βλάβες ετίαης τους αενείς με IDS. Ο ιο χρήιμος δείκτης ε αυτήν την ερίτωη είναι η χολίνη η οοία είναι αυξημένη το λύμωμα αλλά ελαττωμένη την τοξολάμωη την υματίωη και το κρυτοκόκκωμα. Η τοξολάμωη χαρακτηρίζεται είης αό αυξημένη υκέντρωη αλακτικού οξέος και λιιδίων και μείωη των υνηιμένων εκεαλικών μεταβολιτών. Η υματίωη και το κρυτοκόκκωμα αρουιάζουν αρόμοια χαρακτηριτικά αλλά με χετικά χαμηλές υκεντρώεις αλακτικού οξέος. Η ΦΜΣ αίζει ημαντικό ρόλο την διάνωη αενών με μεταβολικές ανωμαλίες οι οοίες εηρεάζουν τόο το λευκό όο και τον κρι ιτό του εκεάλου. Δεδομένου ότι οι εριότερες μεταβολικές ανωμαλίες είναι αρούες την νηιακή ηλικία εωρείται ημαντική η κατανόηη των αιδιατρικών αμάτων

21 Ειαωή 7 ΜΣ. Συκριτικά με τους ενήλικες τα νεοέννητα αρουιάζουν χαμηλές υκεντρώεις ε ΝΑΑ και υψηλές ε χολίνη και μυο-ινοιτόλη. Η αματοκοική μέτρηη αενών με ηατική εκεαλοάεια χαρακτηρίζεται αό μειωμένη μυο-ινοιτόλη και χολίνη ε αντίεη με την λουταμίνη η οοία είναι αυξημένη. Αυτό εξηείται αό την αρουία αμμωνίας το αίμα η οοία είναι μια νευροτοξίνη και ροκαλεί την δημιουρία λουταμινικού και λουταμίνης. Παρόλο ου η ΦΜΣ δεν είναι ιδιαίτερα ευαίητη την ανίχνευη των ρώτων ταδίων της νόου lhimr όο η νόος ανατύεται τόο εριότερες ανωμαλίες αρουιάζονται το άμα ΜΣ. Συκεκριμένα τα ροχωρημένα τάδια της νόου διακρίνεται μείωη του ΝΑΑ και αύξηη της μυοινοιτόλης. Η μυο-ινοιτόλη αοτελεί έναν ημαντικό δείκτη ια τον διαχωριμό της νόου lhimr αό άλλες αρόμοιες νόους καώς δεν αρουιάζει αυξημένη υκέντρωη τις υόλοιες εριτώεις ανοίας με εξαίρεη το ύνδρομο Down... Βιβλιοραία Unrsaning NMR Spcroscop Jams Klr Univrsi of Cambrig Dparmn of Chmisr Human naom an Phsiolog r Eiion E. N. Marib Th Bnamin/Cumming Publishing Compan Inc. 99 Magnic Rsonanc Spcroscop of h Human Brain Sfan Blüml Brian Ross Th naomical Rcor Vol. 65 Issu pp NMR Spcroscop an piaric brain umors Kahrin E. Warrn Th Oncologis Vol. 9 pp. -8 Rviw ricl: H MR Spcroscop of brain umors an masss Franln. How an Kirsi S. Opsa NMR in Biomicin Vol. 6 pp. - MR Spcroscop of h brain John R. Hsslin (hp://spinwarp.ucs.u/nurowb/t/mrs-txt.hm)

22 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 8. ΘΕΡΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ.. Αρχές του Πυρηνικού Μανητικού Συντονιμού Για να κατανοήουμε εμεριτατωμένα το αινόμενο της αματοκοίας μανητικού υντονιμού ρέει ροηουμένως να νωρίουμε και να αναλύουμε τις αρχές του υρηνικού μανητικού υντονιμού (ΠΜΣ) ο οοίος αοτελεί το ενικότερο αινόμενο ου εκτός αό την αματοκοία εριράει την αεικόνιη μανητικού υντονιμού (MRI). Ο ΠΜΣ είναι ένα αινόμενο μη ιοντίζουας ακτινοβολίας η αρχή του οοίου βαίζεται ε μια ιδιότητα των υρήνων των ατόμων ύμωνα με την οοία οι υχνότητες υντονιμού των υρήνων αρουιάζουν μικρές διαορές ανάλοα με το χημικό εριβάλλον το οοίο ανήκουν. Σήμερα τα υτήματα ου χρηιμοοιούνται κλινικά και εκμεταλλεύονται το αινόμενο του ΠΜΣ είναι την λειοψηία τους το MRI ενώ η εαρμοή της ΦΜΣ δεν έχει καιερωεί ακόμα κλινικά αρόλο ου ολλά υμβατικά υτήματα MRI έχουν εκυχρονιτεί ή ανανεωεί ώτε να μορούν να λαμβάνουν in vivo αματοκοικές μετρήεις.

23 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 9... Η μετατωτική κίνηη των υρήνων Πίω αό τα αινόμενα ου εριράουν τον ΠΜΣ κρύβεται η έννοια της εριτροικής κίνηης των ωματιδίων ή αλλιώς του spin. Σύμωνα με την κβαντική μηχανική κάε spin χαρακτηρίζεται αό έναν κβαντικό αριμό I ο οοίος υοδηλώνει τις ενερειακές τάμες τις οοίες μορούν να βρεούν τα ωματίδια μέα το άτομο κάτω αό υκεκριμένες υνήκες. Τα ανεξάρτητα αζευάρωτα ηλεκτρόνια ρωτόνια και νετρόνια την ύλη κατέχουν spin με κβαντικό αριμό I/. Στον ΠΜΣ τα ωματίδια ου μας ενδιαέρουν είναι αυτά ου δεν μορούν να ζευαρώουν και να μηδενίουν τα spin τους όως υμβαίνει την ερίτωη του ηλίου. Αντίετα ο υρήνας του υδροόνου Η διαέτει ένα μόνο αζευάρωτο ρωτόνιο εονός ου τον έχει κατατήει ως έναν αό τους κυριότερους υρήνες εξέταης αινομένων ΠΜΣ τόο την αματοκοία όο και την αεικόνιη. Γενικότερα ο ΠΜΣ μορεί να εαρμοτεί ε αζευάρωτους υρήνες οι οοίοι βρίκονται ε αονία το δείμα εξέταης. Πυρήνες Αζευάρωτα ρωτόνια Αζευάρωτα νετρόνια Spin λέματος Γυρομανητικός λόος (MH/T) H /.58 P / 7.5 Na /.7 5 N.8 C /.7 9 F /.8 Πίνακας.. Ιότοα τα οοία μορεί να εαρμοτεί ο Πυρηνικός Μανητικός Συντονιμός. Κάε είδος υρήνα αρουιάζει διαορετική υχνότητα Larmor κατά την μετατωτική του κίνηη αού οι τιμές των υρομανητικών λόων διαέρουν. Σε ένα είραμα ΠΜΣ εξετάζεται η αλληλείδραη της εριτροικής κίνηης ενός λήους ίδιων υρήνων με το ιχυρό εξωτερικό μανητικό εδίο ου ειβάλλεται τους υρήνες. Η αλληλείδραη αυτή έχει ως αοτελέμα μια ειρά ημαντικών ενερειακών αλλαών ου οδηούν τελικά τη δημιουρία του άματος. Συκεκριμένα αν εωρήουμε ότι ένα εριτρεόμενο ρωτόνιο μορεί να αραταεί ως ένα διάνυμα μανητικής ροής (χήμα.) το οοίο ειβάλλουμε ένα ταερό και ομοιόμορο μανητικό εδίο BB τότε το διάνυμα αυτό α ραματοοιήει μετατωτική κίνηη (prcssion) με υχνότητα f και ωνιακή ταχύτητα ω f Β ω Β [.] Η αραάνω εξίωη ονομάζεται εξίωη Larmor και η υχνότητα f ονομάζεται υχνότητα Larmor. Ο αράοτας ονομάζεται υρομανητικός λόος και μορεί να λάβει αρνητικές και ετικές τιμές ανάλοα με το είδος των υρήνων ου υόκεινται την μετατωτική κίνηη (ίνακας.). Οι ιο υνηιμένοι υρήνες (υδροόνο άνρακας) έχουν ετικές τιμές του.

24 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ Μανητική ροή m p ω Πρωτόνιο Μανητικό εδίο Β (α) (β) Σχήμα..(α) Διάνυμα μανητικής ροής ενός εριτρεόμενου ρωτονίου (β) Η αλληλείδραη της μανητικής ροής ενός υρήνα με το μανητικό εδίο ροκαλεί την μετατωτική κίνηη με ωνιακή ταχύτητα ω ύρω αό το Β. Βάει της εξίωης. η υχνότητα Larmor είναι είης οότητα ροήμου καώς είναι ανάλοη του υρομανητικού λόου και αό το ρόημο αυτής καορίζεται η ορά της μετατωτικής κίνηης του ρωτονίου ύρω αό την υκνότητα ροής Β. Η ορά της ωνιακής ταχύτητας το χήμα.β υοδηλώνει ότι το διάνυμα της μανητικής ροής εριτρέεται με ετική υχνότητα Larmor. M ω α M M Σχήμα.. Ανάλυη του διανύματος μανήτιης Μ τις καρτειανές υντεταμένες. Σε ένα δείμα ου εριλαμβάνει ολλούς υρήνες το διανυματικό άροιμα όλων των υρηνικών μανητικών ροών ονομάζεται κααρή μανήτιη και υμβολίζεται με Μ. Η ανίχνευη της μετατωτικής κίνηης ε ένα είραμα ΠΜΣ ραματοοιείται με την τοοέτηη τριών ηνίων ύρω αό τους άξονες και τα οοία ερικλείουν το δείμα εξέταης. Κάε ηνίο ανιχνεύει την αντίτοιχη υνιτώα της μανήτιης τον κάε άξονα M M M. Οι υνιτώες αυτές ύμωνα με την εωμετρία του χήματος. δίνονται αό τις χέεις.. M M M M cos a M a cos ) M a ( ω ( ω ) [.] όου α η ωνία ου χηματίζει το διάνυμα Μ με τον άξονα και ω η ωνία ου χηματίζει η ροβολή του διανύματος Μ το είεδο με τον άξονα έειτα αό χρονικό διάτημα αό την έναρξη της μετατωτικής κίνηης αό τον άξονα. Αό την αρατήρηη των αραάνω εξιώεων ιδιαίτερο ενδιαέρον αρουιάζουν οι -

25 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ και - υνιτώες της μανήτιης καώς εξαρτώνται αό τον αράοντα του χρόνου. Όταν οι υρήνες του δείματος ραματοοιούν ταερή μετατωτική κίνηη ύρω αό τον άξονα τότε οι ραικές αρατάεις των M M υναρτήει του χρόνου αοτελούν δύο αλές μορές ταλάντωης ταερού λάτους και υχνότητας Larmor όως αεικονίζει το χήμα.. Αν εαρμόουμε μεταχηματιμό Fourir τις τιμές των M M α λάβουμε ένα άμα με μια μοναδική κορυή τη υχνότητα Larmor f ου αοτελεί το αλούτερο μοντέλο μέτρηης ΦΜΣ. Σε δείματα ιτού όου βρίκονται ολλοί διαορετικοί τύοι υρήνων ο μεταχηματιμός Fourir δίνει ένα οικιλόμορο άμα με εριότερες κορυές ε διαορετικά ύψη. M S M χρόνος Μετ/μός Fourir f υχνότητα f Σχήμα.. Οι μανητίεις Μ M υνέτουν το άμα της μέτρηης. Στην ερίτωη της αλής μετατωτικής κίνηης ενός δείματος ίδιων υρήνων το άμα είναι μια κορυή τη έη f.... Η ημαία των αλμών RF Όταν ένα λήος όμοιων υρήνων βρίκεται υό την είδραη ενός ιχυρού μανητικού εδίου τον άξονα τότε όλοι αοκτούν την ίδια ορά (χήμα.) και η υνολική μανήτιη έχει την ίδια διεύυνη με αυτήν του εδίου Β. Οι υρήνες τότε βρίκονται ε κατάταη ηρεμίας και χρειάζεται η ειβολή ενός νέου μανητικού εδίου με διεύυνη άνω το είεδο το οοίο α εκτρέψει τα ρωτόνια αό την κατάταη αυτή ανακάζοντάς τα ε μετατωτική κίνηη. Η λύη έρχεται αό τα τρία ηνία λήψης. Τα ηνία αυτά κατά τη διάρκεια του ειράματος ΠΜΣ λειτουρούν τόο ως δέκτες όο και ως ομοί. Συκεκριμένα η ιδέα κρύβεται ίω αό την τροοδότηη των κατάλληλων ηνίων με ήματα χαμηλής ιχύος την εριοχή των ραδιουχνοτήτων (RF). Το ταλαντευόμενο ρεύμα ου διαρρέει τα ηνία τους άξονες ροκαλεί τη δημιουρία ταλαντευόμενων μανητικών εδίων κατά τη διεύυνη των αξόνων αυτών τα οοία διεείρουν τους υρήνες ου βρίκονται την κατάταη ηρεμίας. Τα RF εδία εαρμόζονται το δείμα υό την μορή αλμών και ανάλοα με την ακολουία αλμών ου χρηιμοοιείται τα αοτελέματα μορούν να διαέρουν. Παρακάτω α Μανητικό εδίο Β Σχήμα.. Οι μανητικές ροές των υρήνων αοκτούν την ίδια ορά όταν βρεούν υό την είδραη ιχυρού μανητικού εδίου B.

26 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ αναέρουμε ε μερικά αραδείματα RF ακολουιών αλμών ροκειμένου να κατανοηεί η ημαία τους και η είδραη ου έχουν τους υρήνες. Αοκατάταη κορεμού Η ιο αλή μορή αλμού είναι ο αλμός 9-FID ή αοκατάταη κορεμού (χήμα.5). Κατά την εαρμοή του αλμού αυτού το διάνυμα της υνολικής μανήτιης των υρήνων εκτρέεται αό τον άξονα (όου βρίκεται ε κατάταη ηρεμίας) το είεδο. Αυτό ειτυχάνεται με την εαρμοή ενός μανητικού εδίου ραδιουχνοτήτων (RF) αό τα ηνία των αξόνων το δείμα ια τόο χρονικό διάτημα ώτε το διάνυμα να εριτραεί κατά 9. Το μανητικό αυτό εδίο υμβολίζεται Β ()B ()cos(ω ). Η f ω / ονομάζεται υχνότητα ακτινοβολίας και αοτελεί είης τη υχνότητα αναοράς του ομού ραδιουχνοτήτων και του υτήματος ανίχνευης. Μετά τον τερματιμό του αλμού τα ηνία αρχίζουν να λειτουρούν ως ηνία λήψης και ανιχνεύουν το ήμα της μανήτιης καώς αυτή εριτρέεται ύρω αό τον άξονα ως αοτέλεμα της μετατωτικής κίνηης. Στην ερίτωη ου το δείμα είναι το αλό μοντέλο ου εριράψαμε το χήμα. τότε οι μανητίεις α έχουν τη μορή M M cosω και M M ω εόον η ωνία α9. Ο μεταχηματιμός Fourir των μανητίεων αυτών α μας δώει και άλι το νωτό άμα με την μοναδική κορυή τη υχνότητα ω. Παρόλα αυτά όμως το ήμα S() ου ροέρχεται αό την ανίχνευη των ηνίων λήψης δεν είναι μια αλή ημιτονοειδής καμύλη αλλά ίνουα. Αυτό οείλεται ε υκεκριμένες υικές διαδικαίες ου εηρεάζουν την υμεριορά της διαμήκους M και της εκάριας μανήτιης Μ M M. Η διαμήκης μανήτιη Μ κατά την διάρκεια του αλμού 9 μηδενίζεται και τη υνέχεια αυξάνεται ταδιακά μέχρι να βρεεί άλι την κατάταη ηρεμίας. Η ταερά ου ρυμίζει την εξέλιξη της διαμήκους μανήτιης Μ ρος την τιμή ιορροίας Μ ονομάζεται χρόνος διαμήκους χαλάρωης Τ. Η υική ερμηνεία της ταεράς Τ χετίζεται με τα αινόμενα διακόριης της ενέρειας αό το ύτημα spin των υρήνων το ατομικό και μοριακό εριβάλλον των υρήνων ου ονομάζεται λέμα. Αό την άλλη η μανήτιη M αοβαίνει μετά την εαρμοή του αλμού 9 λόω αώλειας της υνάειας άης των ειμέρους μανητικών ροών του διανύματος μανήτιης το είεδο. Η ταερά ου ρυμίζει την εξέλιξη του λάτους της εκάριας μανήτιης Μ ρος την τιμή ιορροίας μηδέν ονομάζεται χρόνος εκάριας χαλάρωης Τ και χετίζεται τόο με τις διαδικαίες ου ροκαλει η διαμήκης χαλάρωη όο και με τις διαδικαίες μανητικής ύζευξης μεταξύ των ειτονικών υρήνων ου οδηούν ε αλλαή της χετικής άης των spins. Η μορή της ίνουας ημιτονειδούς καμύλης με την εκετική εριβάλλουα ου καταράουν τα ηνία ονομάζεται εξαένηη ελεύερης εαωής FID (Fr Inucion Dca) και αό το χρόνο ου διαρκεί μορούμε να εξάουμε ημαντικά υμεράματα ια το δείμα εξέταης.

27 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ RF αλμός 9 (Β ) Β Β ω () () () αλμός 9 RF S() Σχήμα.5. Αοκατάταη κορεμού. () Κατάταη ηρεμίας υρήνων () Εαρμοή αλμού 9 () Ανίχνευη ήματος FID αό την μετατωτική κίνηη της μανήτιης. (Θεωρήαμε ότι το ύτημα των αξόνων είναι εριτρεόμενο ύρω αό τον άξονα με ωνιακή ταχύτητα ω f όου f η υχνότητα ακτινοβολίας του εδίου Β ια την διευκόλυνη την εξήηη των αινομένων) Όταν η αλμοειρά εαναλαμβάνεται τότε το λαμβανόμενο ήμα S() εξαρτάται αό τον χρόνικό διάτημα μεταξύ των αλμών 9 (Τ R ) και τον χρόνο Τ. Η μαηματική εριραή του ήματος δίνεται την αρακάτω εξίωη όου είναι μια ταερά και ρ η υκνότητα των spins το δείμα. Ακολουία spin-cho () () () T R () T S ρ [.] Μια εξίου ημαντική αλμοειρά του ΠΜΣ είναι η ακολουία spin-cho. Στην ακολουία αυτή εαρμόζεται αρχικά ένας αλμός 9 το δείμα ο οοίος όως είδαμε την ροηούμενη αράραο εριτρέει την μανήτιη το είεδο. Μετά την εαρμοή του αλμού η εκάρια μανήτιη Μ αρχίζει να χάνει τη υνάεια άης της και η μανήτιη Μ αυξάνει ρος την αρχική τιμή της Μ. Ένας δεύτερος αλμός 8 εαρμόζεται μετά αό χρονικό διάτημα Τ Ε / και έχει ως αοτελέμα την ανατροή της διεύυνης της κίνηης των spins. Αυτό οδηεί την εανάκτηη της αικής υνέχειας των spins μετά αό χρονικό διάτημα Τ Ε / και την εανετίαη της μανήτιης Μ αράοντας ηχώ (χήμα.6).

28 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ RF αλμός 9 (Β ) Β ω () () () RF αλμός 8 (Β ) () (5) αλμός 9 αλμός 8 RF S() Τ Ε / Τ Ε / Σχήμα.6. Ακολουία spin-cho. () Κατάταη ηρεμίας υρήνων () Εαρμοή αλμού 9 () Η εκάρια μανήτιη χάνει τη υνάεια άης της ενώ η διαμήκης αυξάνει ταδιακά την τιμή της () Αντιτροή των μανητίεων με εαρμοή αλμού 8 (5) Μηδενιμός της διαμήκους μανήτιης Μ και εανετίαη της εκάριας μανήτιης M αράοντας ηχώ. (Το ύτημα αξόνων είναι το εριτρεόμενο ύτημα ου εωρήαμε το χήμα.5) Η μαηματική εξίωη του ήματος S() λαμβάνοντας υόψη τον χρονικό διάτημα αό την εαρμοή του αλμού 9 μέχρι το μέιτο λάτος της ηχού Τ Ε και τον χρόνο εανάληψης της ακολουίας Τ R δίνεται την χέη. όου μια ταερά και ρ η υκνότητα των spins το δείμα. Αοκατάταη ανατροής () () () S () (5) T T ρ [.] R E T T () Η εαρμοή ενός αλμού 8 έχει ως υνέεια την ανατροή της υνιτώας της μανήτιης Μ με αοτέλεμα αυτή να είναι αράλληλη ρος τον αρνητικό ημιάξονα - και το ύτημα spin να βρίκεται ε κατάταη ολικού κορεμού. Μετά την εαρμοή του αλμού ειδρά η χαλάρωη spin-λέματος και η μανήτιη ειτρέει την αρχική της τιμή Μ τον ετικό ημιάξονα αού ρώτα μηδενιτεί ερνώντας αό το είεδο. Στην ακολουία αοκατάταης ανατροής εαρμόζεται ένας αλμός 8 και ριν η μανήτιη βρεεί την

29 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 5 κατάταη ηρεμίας έειτα αό χρονικό διάτημα Τ Ι εαρμόζεται ένας αλμός 9 ο οοίος εκτρέει την διαμήκης χαλάρωη το είεδο. Στη υνέχεια η μανήτιη ραματοοιεί μετατωτική κίνηη ύρω αό τον άξονα αράοντας ένα ήμα FID (χήμα.7). Όταν η ακολουία εαναλαμβάνεται ανά χρονικά διατήματα T R τότε η μαηματική εξίωη του λαμβανόμενου ήματος α έχει την αρακάτω μορή όου Τ Ι ο χρόνος μεταξύ των αλμών 8 και 9 μια ταερά και ρ η υκνότητα των spins το δείμα. TI TR T T S() ρ [.5] RF αλμός 8 (Β ) RF αλμός 9 (Β ) Β ω () () () () αλμός 8 αλμός 9 RF S() Τ Ι () () () Σχήμα.7. Αοκατάταη ανατροής. () Κατάταη ηρεμίας υρήνων () Εαρμοή αλμού 8 και ανατροή της διαμήκους μανήτιης Μ () Η διαμήκης μανήτιη αυξάνεται ρος την αρχική της τιμή Μ () Εαρμοή αλμού 9 και αραωή ήματος FID. (Το ύτημα αξόνων είναι το εριτρεόμενο ύτημα ου εωρήαμε το χήμα.5) ()... Χημική Ολίηη Τα άματα ΠΜΣ ου ροκύτουν αό τα ειράματα δεν χρηιμοοιούν την κλίμακα των H τον οριζόντιο αξονα αρότι όως αναέραμε το είραμα του ΠΜΣ καταράει τις διαορετικές υχνότητες υντονιμού των μεταβολιτών ου εριέχονται ε κάε δείμα ιτού. Οι ειτήμονες αντιέτως χρηιμοοιούν μια διαορετική κλίμακα η οοία αλοοιεί ημαντικά την εεξεραία και ερμηνεία του άματος. Με ολύ καλή ροέιη μορούμε να ούμε ότι οι υχνότητες τις οοίες ραματοοιείται ο υντονιμός των εκάτοτε υρήνων ε ένα δείμα μεταβάλλονται αναλοικά με την ένταη του μανητικού εδίου Β λαμβάνοντας υόψη την χέη.. Έτι αν η κορυή της τετραμευλιλάνης (TMS) αινόταν να

30 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 6 βρίκεται με τον αματομετρητή την υχνότητα MH τότε διλαιάζοντας την ένταη του μανητικού εδίου η κορυή α μετακινούταν τα 8MH. Για τον καλύτερο ροδιοριμό των μεταβολιτών το εδίο της υχνότητας ορίτηκε ο όρος της χημικής ολίηης ε χέη με μια υμωνημένη ουία αναοράς. Στην ερίτωη της Η ΦΜΣ η ουία αναοράς είναι η τετραμευλιλάνη και η χημική ολίηη μιας οοιαδήοτε ραμμής του άματος ορίζεται ως η διαορά ανάμεα τη υχνότητα υντονιμού ενός υρήνα και της ουίας αναοράς (TMS) ανημένη ως ρος την υχνότητα υντονιμού της ουίας αναοράς. Η αρακάτω χέη εριράει μαηματικά τον οριμό της χημικής ολίηης. f f 6 TMS δ ppm [.6] ftms όου f και f TMS η υχνότητα της τυχαίας ραμμής και της ραμμής της ουίας TMS ε H αντίτοιχα. Όως μορούμε να αρατηρήουμε η αράμετρος δ ppm είναι ανεξάρτητη της ένταης του μανητικού εδίου και έχει ως μονάδες τα pars pr million (ppm). Ο λόος των υχνοτήτων τη χέη ολλαλαιάζεται με 6 εειδή οι διαορές ανάμεα τις χημικές ολιήεις των υρήνων είναι υνήως ολύ μικρές. Οριμένες ορές κατά την μελέτη του άματος χρειαζεται να υολοίουμε την διαορά υχνότητας f - f ανάμεα ε δύο κορυές δ -δ. Ο υολοιμός αυτός είναι εύκολος να ίνει με χρήη της εξίωης.6 ύμωνα με τα αρακάτω. f δ υχνότητα f TMS δ TMS χημική ολίηη Σχήμα.8. Αεικόνιη άματος ΠΜΣ με κλίμακα χημική ολίηης. Η τιμή του δ TMS είναι μηδέν εξ οριμού. 6 f ftms 6 f ftms δ δ ftms ftms 6 f f 6 δ δ f f ( δ δ) ftms [.7] f TMS Αν ειυμούμε να μετατρέψουμε την κλίμακα ppm ε κλίμακα υχνοτήτων (H) τότε ρέει να αοαίουμε ε οιο ημείο α βρίκεται η μηδενική τιμή της υχνότητας. Μια ειλοή ια το ημείο αυτό α μορούε να είναι η ραμμή της ουίας αναοράς. Παρόλα αυτά υάρχουν ολλές άλλες ειλοές ου μορούν να ληούν εονός ου καιτά τον ροδιοριμό της μηδενικής τιμής αυαίρετο.

31 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 7.. Τεχνικές Φαματοκοίας Μανητικού Συντονιμού Η κλινική εαρμοή της αματοκοίας μανητικού υντονιμού ε in vivo ειράματα έχει οδηήει την ανάτυξη διαόρων τεχνικών ια την αεικόνιη των αματοκοικών μετρήεων. Ανάλοα με το είδος της άηης ου εξετάζεται ειλέεται η κατάλληλη τεχνική η οοία υκεντρώνει ικανή οότητα ληροορίας χετική με την χημική ύταη του ιτού ώτε να ροκύψει μια αξιόιτη διάνωη. Οι τεχνικές της ΦΜΣ α μορούαν να διαχωριούν ε δύο βαικές κατηορίες τις αεντοιμένες (locali) και τις εντοιμένες (locali). Η ρώτη κατηορία αορά τα ειράματα ΦΜΣ τα οοία εξετάζουν όλο το δειμα ως ύνολο και εξάουν αό αυτό ένα μοναδικό άμα. Στην δεύτερη ερίτωη το δείμα κατατέμνεται ε μικρές ιάριμες οκομετρικές μονάδες και η ΦΜΣ εαρμόζεται τις μονάδες ου εωρούνται κρίιμες ια τη διάνωη της αένειας. Στις εριτώεις όου ένας όκος κατέχει υκεκριμένα όρια το εωτερικό του εκεάλου ραματοοιείται η εντοιμένη ΦΜΣ βάει της οοίας εξετάζεται μόνο το μέρος του εκεάλου όου βρίκεται ο όκος και το αοτέλεμα υκρίνεται με το άμα ου ροκύτει αό τον υιή ιτό εαρμόζοντας την ΦΜΣ ε ένα άλλο ημείο του εκεάλου. Στις εόμενες αραράους α εριράψουμε τις δύο βαικότερες τεχνικές εντοιμένης ΦΜΣ ου εαρμόζονται κλινικά και χρηιμοοιούνται ε διακριτές αλλά και ε κοινές εριτώεις αήεων. Και οι δύο τεχνικές χρηιμοοιούν την μανητική τομοραική εικόνα ου αρέχει το ύτημα MRI ια τον καοριμό των εριοχών εξέταης. Οι τεχνικές αυτές ονομάζονται gl-vol (SVS) και mulivol αματοκοία (αλλιώς MR Spcroscopic Imaging MRSI ή Chmical Shif Imaging CSI).... Singl-vol αματοκοία Η gl-vol (ή gl-volum) αματοκοία αοτελεί την ιο αλή εντοιμένη τεχνική εαρμοής της ΦΜΣ. Σύμωνα με την τεχνική αυτή το άμα εξάεται αό μια μικρή εριοχή ενδιαέροντος ου ονομάζεται VOI (Volum Of Inrs) ή vol της οοίας τα όρια ροδιορίζονται ροηουμένως ε μια εικόνα MRΙ. Ο εντοιμός (localiaion) την gl-vol ΦΜΣ υνιτά την μειτοοίηη του ήματος ου ροκύτει αό την διέερη των υρήνων ου βρίκονται το εωτερικό του ειλεμένου VOI και την ελαχιτοοίηη του ήματος ου ροκαλείται αό υρήνες εκτός του VOI. Φυικά ο ιδανικός εντοιμός ροκύτει αό τον μηδενιμό του εξωτερικού ήματος και την αορρόηη % του ήματος ου ροέρχεται μέα αό το VOI. Παρόλα αυτά τα αινόμενα χαλάρωης η κακή ετίαη της μανήτιης το VOΙ και οι ατέλειες των αλμών 9 και 8 ου χρηιμοοιούνται τις αλμοειρές οδηούν την διέερη υρήνων εξωτερικά του VOI η οοία καταράεται και υολοίζεται το τελικό άμα (μόλυνη conaminaion) αλλά και την αώλεια ήματος εωτερικά του VOI. Στο χήμα.9 αίνεται ο εντοιμός ου μορεί να ειτευχεί ε gl-volum ΦΜΣ μιας διάταης. Έτω ότι έλουμε να ραματοοιήουμε ΦΜΣ το VOI του χήματος.. Η εικόνα έχει ροκύψει αό ένα ύτημα MRI και η ειλοή του VOI άνω την εικόνα ίνεται αό τον χειριτή του υτήματος. Ο τρόος της ειλοής μας δίνει τη δυνατότητα να τοοετούμε το VOΙ ε ημεία της MRI εικόνας ου εωρεί ο ιατρός κρίιμα είτε εειδή η ωτεινότητα της ένταης την εριοχή είναι ολύ υψηλή υοδηλώνοντας ύοτη αυξημένη κυτταρική δρατηριότητα είτε εειδή ο ιτός τα

32 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 8 ημεία αυτά δείχνει να αρουιάζει κάοιου τύου ανωμαλία. Αυτό υμβαίνει εειδή οι κρίιμες εριοχές είναι ευδιάκριτες την μανητική αεικόνιη καιτώντας εύκολο τον διαχωριμό του υιούς αό τον αενή ιτό με το μάτι. Σχήμα.9. Αώλεια και μόλυνη ήματος ου οδηεί ε ατέλειες της εντοιμένης αλμοειράς ε ένα μονοδιάτατο VOI. Με διακεκομένες ραμμές αίνεται ο ιδανικός εντοιμός. Σχήμα.. Εντοιμένη gl-volum Η ΦΜΣ. Το VOI ειλέεται αρχικά την αενή εριοχή αό όου ροκύτει ότι τα είεδα της χολίνης είναι υψηλά (ένδειξη καρκινικής ανάτυξης) και τη υνέχεια τοοετείται έξω αό την αενή εριοχή όου το άμα διαέρει ημαντικά. Η ύκριη των δύο αμάτων οδηεί ε υμεράματα χετικά με το είδος της αένειας.

33 Θεωρία και Τεχνικές ΦΜΣ 9... Muli-vol αματοκοία Η αματική αεικόνιη MRSI αοτελεί είης μια εντοιμένη τεχνική ΦΜΣ κατά την οοία ορίζεται μια μεαλύτερη εριοχή ενδιαέροντος την εικόνα MRI. Συκεκριμένα η τεχνική αυτή αράει έναν διδιάτατο ίνακα αμάτων αό όλα τα οκοτοιχεία την εριοχή ενδιαέροντος. Χρηιμοοιώντας τα δεδομένα ου ροκύτουν δημιουρούνται εικόνες ου αεικονίζουν τον τρόο με τον οοίο μεταβάλλονται τα λαμβανόμενα ήματα αό κάε ξεχωριτό μεταβολίτη άνω τον ίνακα. Έτι μορούν να αξιολοηούν οι υκεντρώεις των μεταβολιτών ε ένα ευρύτερο χωρικό εδίο. Ο χωρικός εντοιμός (spaial localiaion) ραματοοιείται με κωδικοοίηη άης (phas ncoing) ε μια δύο ή τρεις διατάεις. Στο χήμα. ο ίνακας ου έχει ειλεχεί ως εριοχή ενδιαέροντος καλύτει όλη την τομή του εκεάλου όως αυτή αεικονίζεται την Τ εικόνα MRI. Οι υόλοιες έντε εικόνες (χάρτες μεταβολιτών) αεικονίζουν τις χωρικές κατανομές της υκέντρωης του εκάτοτε μεταβολίτη ως υνάρτηη της ωτεινότητας του ήματος ενώ ε άλλα υτήματα η χωρική κατανομή αρουιάζεται με εναλλαές χρωμάτων. Η τεχνική MRSI μορεί να ανιχνεύει αενή ήματα αό όλο τον εκέαλο χρηιμοοιώντας τις ίδιες ακολουίες αλμών ου χρηιμοοιεί η gl-vol τεχνική αματοκοίας. Παρόλα αυτά οριμένα ρακτικά ροβλήματα ου έχει να αντιμετωίει η τεχνική αυτή είναι η υοτήριξη (shimming) και η υκράτηη νερού (war supprssion) διαδικαίες τις οοίες α αναερούμε την εόμενη αράραο. Ταυτόχρονα η κίνηη του αενούς κατά την κλινική εξέταη και η ύαρξη αυξημένων υκεντρώεων λιιδίων το κρανίο του εκεάλου μορούν να οδηήουν ε αναξιόιτα άματα. Σχήμα.. H MRSI αματοκοία. Αό την αρχική εικόνα MRI δημιουρούνται οι χάρτες μεταβολιτών ια τις ουίες N λουταμινικό l κρεατίνη Cr χολίνη Cho και μυο-ινοιτόλη mo-ins.