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A questo punto sappiamo che una qualche sostanza paramagnetica porterà a una diminuzione dell'ampiezza del segnale su un'immagine che è sensibile a questi effetti di suscettibilità magnetica, giusto, che sarà più comunemente un'immagine sensibile o pesata in T2*. E abbiamo già detto che possiamo scegliere di usare questo tipo di immagine pesata in T2* per generare alcune informazioni diagnostiche. Se si vogliono rilevare piccole aree di emorragia o calcificazione, questo è il tipo di immagine che si vuole scegliere. Quindi ciò di cui voglio parlare ora è indurre questo effetto iniettando una sostanza paramagnetica, giusto, un agente di contrasto a base di gadolinio, per causare deliberatamente questo tipo di perdita di segnale e per usarlo per estrarre alcune informazioni diagnostiche, specificamente alcune informazioni sulla fisiologia, e questo riguarda l'imaging di perfusione.
Quindi, se iniettiamo un agente di contrasto che è paramagnetico come il gadolinio, e diciamo che abbiamo il nostro paziente sdraiato nello scanner e andremo a immaginare il cervello, quindi diciamo che andremo a immaginare questa singola fetta del cervello e la nostra immagine assomiglia a questa. E possiamo scegliere una regione del cervello che ci interessa. Se acquisiamo quell'immagine usando qualsiasi tecnica, eco a gradiente, eco di spin, scegliete voi, qualsiasi cosa vogliate, e misuriamo una certa quantità di intensità del segnale in quella posizione, una certa quantità di magnetizzazione trasversale, diamo ora un'iniezione di contrasto e facciamo di nuovo la stessa cosa, acquisiamo la stessa immagine e misuriamo quell'intensità del segnale. Quindi ora abbiamo due punti nel tempo. Come differirà l'ampiezza del segnale acquisita in quella posizione tra il tempo uno e il tempo due? In generale, se doveste, beh, la risposta è dipende, giusto? Quindi la risposta è dipende dal tipo di immagine, ok. Quindi, prima di tutto, se questa fosse un'immagine sensibile al T1, ci aspetteremmo che ci sia gadolinio nel tessuto al momento in cui acquisiamo la seconda immagine, causando quell'interazione dipolare protone-elettrone, accelerazione del rilassamento T1 e aumento dell'ampiezza del segnale. Se d'altra parte scegliessi un'immagine sensibile al T2*, come apparirebbe il segnale? Ci sarebbe qualche effetto? Diciamo che sto facendo una risonanza magnetica regolare del cervello e faccio la mia immagine eco a gradiente del cervello, lo facciamo sempre, e poi do al paziente un'iniezione di gadolinio e lo faccio di nuovo, e confronto due regioni di interesse, esattamente quello che vi ho mostrato qui. Confronto il segnale sull'immagine pesata in T2* pre-contrasto e sull'immagine pesata in T2* post-contrasto. Beh, ci sarà qualche differenza nell'intensità del segnale? Sì, no, forse. Beh, stiamo usando il gadolinio come nostro agente di contrasto. Abbiamo già detto che il gadolinio ha molti elettroni spaiati e che, come risultato di ciò, prima di tutto, quegli elettroni spaiati possono portare a questa interazione dipolare protone-elettrone e causare l'accorciamento del T1, ma portano anche il gadolinio ad avere un grado molto elevato di paramagnetismo. La sua suscettibilità magnetica è molto alta, il che significa che la presenza di contrasto al gadolinio porta a variabilità nel campo magnetico statico, defasamento e perdita di segnale. Quindi ci aspetteremmo che ci sarebbe un'ampiezza del segnale inferiore la seconda volta che facciamo questo imaging pesato in T2* rispetto alla prima volta, semplicemente a causa della presenza dell'agente di contrasto.
Domanda: sì, non hai detto che doveva essere localizzato, come quando parliamo del ferro e della differenza tra se fosse diffuso o se stesse effettivamente creando? Ok, quindi vero. Ok, quindi come applicheresti quel concetto al gadolinio? Beh, quello che direi è che ciò che determina all'interno di quel piccolo volume di tessuto la distribuzione dell'agente di contrasto al gadolinio che abbiamo iniettato per via intravascolare, giusto, quantità diverse andranno a diverse parti del tessuto. Se per esempio questo contiene alcune vene e alcune arterie e alcuni capillari e alcuni tessuti e un po' di liquido cerebrospinale, giusto, diverse componenti di quel volume assorbiranno quantità diverse dell'agente di contrasto. Quindi hai perfettamente ragione, ci sarà un gradiente di suscettibilità magnetica. Se per qualche ragione il gadolinio fosse assolutamente uniformemente distribuito nel cervello, allora non vedremmo alcun effetto. Ma questa non è la realtà. Quando si somministra un agente di contrasto per via intravascolare, la stessa quantità non va ovunque. Se volessimo massimizzare la nostra capacità di vedere questa differenza, cosa faresti? Beh, sceglieresti un tipo di immagine molto sensibile a quelle differenze. Prima di tutto, useremmo molto di questo materiale, giusto? Se c'è un rapporto tra quanto agente di contrasto arriva a una parte del tessuto e quanto arriva a un'altra parte del tessuto, maggiore è il volume di contrasto che somministriamo, maggiore è la differenza assoluta di concentrazione del contrasto in quelle due posizioni. Essenzialmente questo cambiamento nel segnale è proporzionale alla concentrazione locale dell'agente di contrasto.
Quindi, se rendiamo le cose un po' più complicate ora e diciamo che ho il mio paziente e andrò a immaginare questa fetta nel loro cervello, ma ora quello che farò è, per un periodo di tempo, andrò a immaginare il loro cervello più volte. Quindi userò una tecnica di imaging molto veloce che è molto sensibile a questi effetti di suscettibilità magnetica. Qualcosa come l'imaging eco a gradiente eco planare sarebbe una scelta potenziale. Potresti usare l'imaging eco a gradiente veloce, potresti usare quello che vuoi. E diciamo che immaginiamo a intervalli di 1 secondo. Quindi potremmo tracciare l'ampiezza del segnale, l'intensità del segnale da una particolare posizione in quell'immagine e osservare cosa succede a quell'intensità del segnale nel tempo. 10 secondi sono probabilmente troppo pochi perché questo sia un esempio realistico, ma diciamo che stiamo andando per, sai, 100 secondi o quello che è. Quindi all'inizio avremmo una certa ampiezza del segnale di base che è solo il segnale eco a gradiente eco planare da quel tessuto. Se a questo punto nel tempo iniettiamo il nostro agente di contrasto, che impiega circa 15 secondi o giù di lì, 20 secondi per arrivare dal braccio al cervello, cosa succederebbe all'ampiezza del segnale dopo l'arrivo del contrasto? Scenderà e continuerà a scendere fino al punto nel tempo in cui la concentrazione massima viene raggiunta in quella posizione nel cervello. E poi, col passare del tempo, il bolo di contrasto si diffonderà attraverso il tessuto. La concentrazione del contrasto sta diminuendo a quel punto nel tempo e torneremo al nostro livello di base. Quindi se guardiamo la traiettoria di ciò che sta accadendo, abbiamo mostrato che c'è una diminuzione della concentrazione, scusate, una diminuzione del segnale che corrisponde a un aumento della concentrazione dell'agente di contrasto che possiamo osservare in tempo reale. Quindi stiamo essenzialmente osservando il primo passaggio di un bolo di un agente di contrasto. Per fare questo dobbiamo immaginare molto rapidamente. Dobbiamo immaginare con un approccio che sia sensibile a questi effetti. E se vogliamo massimizzare la nostra sensibilità, le due cose che possiamo fare sono usare la tecnica di imaging più sensibile e usare la maggiore quantità di contrasto che possiamo. È anche importante che diamo questo contrasto come un bolo molto compatto, perché diciamo che lo appendiamo in una sacca e lo lasciamo gocciolare nel braccio, cosa succederà? La pendenza di questo cambiamento sarà ampliata, giusto? Se vogliamo osservare questo tipo di effetto, idealmente vogliamo fornire questo contrasto istantaneamente, il che non è mai realisticamente realizzabile, ma tipicamente per fare questo iniettiamo il contrasto a circa cinque CC al secondo. Alcune persone lo iniettano anche più velocemente di così. Se si inietta troppo lentamente questa cosa si diluisce e si allunga. Ed è così che facciamo l'imaging di perfusione nel cervello.
Ora, questa è una misurazione da una posizione. Dato che abbiamo un'immagine, giusto, abbiamo un'intera immagine di molti voxel acquisiti in ciascuno di questi punti nel tempo, possiamo calcolare o tracciare questa curva per ciascuno di questi voxel. E se abbiamo molte fette possiamo farlo per ogni fetta. Quindi ora abbiamo la capacità di guardare l'emodinamica in tempo reale in ogni posizione nel cervello, supponendo di avere abbastanza fette. Ok. Da queste informazioni possiamo fare un sacco di misurazioni semiquantitative dell'emodinamica di ciò che sta accadendo nel cervello. Possiamo guardare il tempo, giusto, per raggiungere questo massimo declino del segnale, che è chiamato il tempo al picco, giusto. Possiamo guardare quanto tempo ci vuole dall'iniezione del contrasto fino a quando iniziamo a vedere un declino del segnale, che a volte è chiamato t0 o è chiamato il tempo di arrivo del bolo di contrasto. Se prendiamo l'integrale di quest'area, questo è proporzionale al volume intravascolare di contrasto o a quello che è chiamato il volume sanguigno cerebrale. E se prendiamo una stima della larghezza di questa deflessione nella curva di intensità del segnale nel tempo, giusto, questo è chiamato il tempo di transito medio. E ciascuna di queste informazioni può essere usata per fare diverse inferenze diagnostiche sul paziente. Se si sta esaminando un tumore, per esempio, il volume sanguigno cerebrale è molto importante perché le neoplasie aggressive generano la propria vascolarizzazione e hanno un volume intravascolare più elevato rispetto al normale tessuto cerebrale. Se si è interessati all'ictus, le cose che ci dicono sulla tempistica del bolo sono molto più importanti, quindi cose come il tempo al picco o il tempo di transito medio sono i parametri che esamineremo. Ma fondamentalmente, dando un'iniezione di contrasto e osservando per un periodo di tempo relativamente breve, voglio dire, l'intero processo avviene in ben meno di 2 minuti, potrebbe essere meno di un minuto a seconda di come si vuole fare, si possono derivare tutte queste informazioni. Bene, qualche domanda su questo?
Ora, il meccanismo di base qui, a proposito, è che questa è quella che chiamiamo, giusto, una tecnica di diluizione dell'indicatore. È la stessa idea, giusto? Se qualcuno ha mai lavorato in una terapia intensiva dove fanno misurazioni della gittata cardiaca iniettando soluzione fisiologica fredda nel catetere di Swan-Ganz, lo fanno ancora, suona familiare? Le infermiere di solito lo fanno, quindi forse voi non avete dovuto farlo. State solo iniettando, giusto, un agente di contrasto, qualcosa per misurare come influisce sul vostro segnale in seguito, e può darvi tutte queste informazioni emodinamiche.
Ok, quindi questo è un esempio di come appaiono effettivamente le immagini e i dati. Questo è spesso chiamato, a proposito, Risonanza Magnetica con Contrasto di Suscettibilità Dinamica. Dinamica perché stiamo guardando un segnale in tempo reale, e contrasto di suscettibilità perché è una funzione dell'effetto di suscettibilità magnetica del gadolinio. Quindi ecco tre immagini di esempio, queste sono immagini eco a gradiente eco planare da diversi punti nel tempo mentre immaginiamo il cervello con una risoluzione temporale di circa 1 secondo tra le scansioni e ci sono un totale di 43 scansioni. Quindi potete vedere il segnale di base, sembra un'immagine pesata in T2*. Una volta che il contrasto arriva, notate come dove si trovano i solchi, dove si trovano tutti i vasi, abbiamo questa perdita di segnale. E poi, dopo che il contrasto è sparito, abbiamo un segnale che è più simile a quello iniziale, ma in realtà non raggiunge completamente la sua linea di base iniziale. La ragione di ciò è duplice. Prima di tutto, c'è del contrasto che fuoriesce attraverso la membrana capillare, quindi il gadolinio che usiamo non è un agente puramente intravascolare e ci sarà sempre qualche cambiamento persistente nel segnale. In secondo luogo, potrebbe esserci effettivamente qualche, giusto, qualche effetto intravascolare persistente dovuto a diverse velocità di flusso in diverse componenti dell'immagine.
Ok, quindi ecco, vi darò solo due esempi diversi. Prima di tutto, a sinistra, quello che vi sto mostrando sono quelle curve, giusto, curve tempo-intensità che sono state trasformate in una curva tempo-concentrazione. È la stessa cosa, l'intensità del segnale cambia in proporzione al contrasto locale e questo vi mostra semplicemente come possiamo eseguire diverse misurazioni emodinamiche su questi dati. Ecco un esempio, penso di avervi effettivamente mostrato questo esempio l'altro giorno o una o due settimane fa. Questo paziente ha un ictus, giusto, immagine pesata in diffusione in alto, immagine ADC in basso. È bianca e con basso ADC perché c'è una diffusione drasticamente ristretta. Se guardiamo un'immagine emodinamica, quindi quello che abbiamo fatto per creare questa immagine è calcolare una curva come questa per ogni singolo voxel nell'immagine e misurare in questo caso il tempo al picco per ogni singolo voxel, il tempo per arrivare a questa massima deflessione della curva emodinamica, fare una misurazione quantitativa in secondi per ciascuno di quei voxel e tracciarla su una scala di colori. Quindi il nostro tempo al picco è il più lungo, giusto, in questo territorio dell'arteria cerebrale media sul lato sinistro. Ora il punto clinico qui è che l'area che ha un assorbimento del contrasto anormalmente ritardato è molto più grande dell'area dell'anomalia di diffusione. Quindi la nostra comprensione è che l'anomalia di diffusione ci dice che questo non è più tessuto vitale, è completamente infartuato. L'informazione sulla perfusione ci dice che c'è un flusso sanguigno compromesso in queste aree. Il fatto che abbiamo questa grande periferia che ha un flusso sanguigno compromesso ma non è ancora irreversibilmente infartuata è ciò che chiamiamo penombra o cervello a rischio. Questa grande periferia che potenzialmente potrebbe subire lo stesso destino di infarto di questa. E la curva in basso a destra vi mostra solo tre regioni di interesse, giusto, quella viola dal lato normale che mostra un arrivo più precoce dal nostro tessuto emodinamicamente compromesso in azzurro c'è un ritardo significativo e poi nel nucleo dell'infarto non vediamo alcun cambiamento perché non c'è perfusione che arrivi lì in primo luogo.
Quindi ecco un altro esempio di un paziente con un tumore, giusto, immagini pre e post-contrasto. Questa è una delle nostre immagini grezze di serie temporali che mostra che c'è una certa attenuazione del segnale all'interno della lesione, ma soprattutto mostrandoci le posizioni in cui stiamo tracciando queste due curve, giusto. Il numero tre nel lato normale, l'area all'interno di quel calo nell'ampiezza del segnale che si verifica a causa dell'arrivo del contrasto è drasticamente più piccola rispetto a ciò che proviene dal lato dove si trova il tumore. L'immagine qui sopra è un'immagine del volume sanguigno cerebrale. Quindi per ogni voxel nell'immagine tracciamo questa curva, prendiamo l'integrale per calcolare quell'area sotto la curva e la posizioniamo su una scala di grigi. Quindi quest'area che è più alta sulla scala di grigi rispetto al lato controlaterale comparabile del cervello è un'area infiltrata dal tumore, anche se non appare ancora come enhancement da contrasto o anomalia del segnale sulle immagini strutturali. Quindi questo è in realtà un modo per noi di rilevare molto più sensibilmente l'infiltrazione precoce da parte del tumore, ma, ma soprattutto, giusto, ci permette di dire qualcosa sulla natura di questo tessuto. Questo modello di volume sanguigno cerebrale elevato è qualcosa che ci aspettiamo di vedere in una neoplasia e non in altri tipi di patologia. Quindi, qualche domanda su questo?
Ok, sapete cosa, guardiamo un altro esempio. Questo è un altro caso, giusto, con anomalie che si potenziano con il contrasto nel cervello, usando l'imaging di perfusione per confrontare queste aree di potenziamento del contrasto con aree omologhe dall'aspetto normale nell'altro emisfero. Questo è un paziente che ha una diagnosi tissutale nota di astrocitoma che è stato trattato con radioterapia. Quando confrontiamo i due lati, giusto, il numero tre e il numero cinque qui sopra sono il lato normale del cervello con un volume sanguigno cerebrale molto più grande rispetto all'area di potenziamento del contrasto sul lato anormale, giusto. Quindi questo è il modello che vediamo nelle persone che hanno necrosi da radiazioni. Quindi questa distinzione dell'area sotto la curva che correla con il volume sanguigno cerebrale ci sta dicendo qualcosa sulla natura di ciò che sta accadendo, cosa che non si può inferire da cambiamenti strutturali come il potenziamento del contrasto. Il potenziamento del contrasto si verifica in entrambi i casi.
Ok, questo è, volevo solo mostrarvi un esempio di un approccio diverso all'imaging emodinamico. Quindi questo è l'imaging del seno e nell'imaging dei tumori nel seno adottiamo un approccio diverso. Non dovrei dire noi, non lo faccio affatto, ma viene adottato un approccio diverso rispetto a quando facciamo, per esempio, il tipo di imaging di perfusione di cui stiamo parlando nel cervello o in altri organi solidi. In questi casi, essi guardano specificamente l'effetto T1 dell'agente di contrasto. Quindi quello che stiamo guardando qui è il cambiamento nell'intensità del segnale nel tempo e notiamo che, a differenza del nostro imaging di perfusione nel cervello, stiamo vedendo un aumento progressivo del segnale nel tempo. Quindi questo sta semplicemente guardando l'effetto T1. Il punto saliente che voglio menzionare è che la scala temporale su cui questo viene fatto è totalmente diversa da ciò che facciamo nell'imaging di perfusione nel cervello. Qui stiamo guardando le cose con incrementi di forse un minuto o anche di più, giusto, solo cercando di rilevare questo cambiamento di perfusione T1 nel seno. E questa, questa apparizione di un assorbimento graduale in un plateau persistente, giusto, è presumibilmente suggestiva di lesioni benigne, al contrario delle lesioni maligne che hanno più di un, scusate, un grande assorbimento e un rapido calo nel loro segnale correlato al T1. Quindi è la stessa idea di osservare questo, giusto, in modo temporale, ma non è lo stesso tipo di approccio in tempo reale all'imaging degli effetti T2*. Sì, sono stati veloci. Non è perché gli effetti T2* accadono più velocemente, questo non ha nulla a che fare con esso. Ha semplicemente a che fare con la natura della patologia e, beh, non è che gli effetti T2* accadano nello stesso lasso di tempo. Penso che abbia a che fare con l'assorbimento emodinamico del tumore, quindi è una cosa fisiologica, non è un effetto fisico. Quando si somministra un agente di contrasto, giusto, e si fa un'immagine pesata in T1, il cambiamento nel segnale effettivo in proporzione all'accorciamento del T1, questo accade istantaneamente. Ciò da cui dipende è quanto tempo impiega quel contrasto a infiltrarsi e a salire nel vostro, nell'oggetto o nella patologia che vi interessa esaminare. Quindi nella perfusione T2* stiamo guardando un effetto vascolare. Qui stiamo guardando un impatto del gadolinio sul T1 del tessuto, quindi ha a che fare con l'accumulo di gadolinio nel tessuto al contrario del transito dell'agente di contrasto attraverso lo spazio intravascolare.