Nocetti - Quantificazione in MRS in vivo

Quantificazione MRS in vivo
Luca Nocetti
Chiarirsi le idee…
• Quale accuratezza è possibile / ragionevole /
raggiungere?
• Quale l’impatto della quantificazione sul
percorso diagnostico/terapeutico?
Quantificazione
• Internal Water reference
• Reference signal from external phantom
• Calibration method based on the reciprocity
principle
Quantificazione via H2O
• E’ applicato/applicabile nel distretto cerebrale.
• Si misura il contributo dell’acqua NON soppressa.
• Si assegna a tale valore la concentrazione di acqua
nel tessuto (cerebrale).
• CSF: 55.6mol/l (~ acqua libera);
• GM: 43.4 mol/l;
• WM: 36.15 mol/l.
• Risultati da Kreis et al.
Quantificazione con acqua
La concentrazione del metabolita è quindi dato
da:
CM=(IM/IW)*(2/N°protM)*CW
Dove
IM: intensità segnale metabolita
IW: intensità segnale acqua non soppressa
N°protM: N° protoni del metabolita che
contribuiscono al segnale
CW: Concentrazione acqua nel tessuto.
Quantificazione via H2O
Pro
Contro
(riguarda la concentrazione dell’H2O)
Facilità di implementazione
Non necessita di acquisizioni
supplementari
E’ possibile applicarlo anche
“a posteriori”
la tipologia della patologia
influenza la concentrazione
dell’acqua
la tipologia della patologia può
influenzare anche il T1 e T2 (a
quale TE fare quantificazione?)
Determinare la percentuale di
acqua libera
Quantificazione con riferimento esterno
Si fa seguire all’acquisizione dello spettro in vivo
quella con phantom con soluzione a
concentrazione nota senza cambiare i parametri
né di acquisizione né di preparazione (vd
shimming e guadagni) alla sequenza.
Due possibilità:
• Phantom accanto al paziente
• Phantom posizionato immediatamente dopo che
il paziente con parametri di acquisizione
inalterati.
Quantificazione con riferimento esterno
La concentrazione del metabolita è quindi dato da:
CM=(IM/IRIF)*(N°protRIF/N°protM)*CRIF
Dove
IM: intensità segnale metabolita
IRIF: intensità segnale di riferimento nel phantom
N°protM: N° protoni del metabolita che
contribuiscono al segnale
N°protRIF: N° protoni della molecola di riferimento
nel phantom
CRIF: Concentrazione della molecola di riferimento
nel phantom
Quantificazione con riferimento esterno
Pro
Contro
Relativa facilità di
implementazione
Richiede una sequenza ulteriore con
phantom
Metodo robusto
Lo shimming è ottimizzato per
l’invivo, per il phantom problema di
B1, ovvero 90° non garantito.
Se non acquisito immediatamente
non è più possibile recuperare
l’informazione (settaggi guadagni –
shimming….)
Determinare la percentuale di
acqua libera
Quantificazione via principio di reciprocità
“Gregor Jost MSc, Inga Harting MD, Sabine Heiland PhD,
Quantitative single-voxel spectroscopy: The reciprocity principle
for receive-only head coils. Journal of Magnetic Resonance
Imaging Volume 21, Issue 1, pages 66–71, January 2005”
• Si può paragonare ad una calibrazione del tomografo.
• Si basa sul principio di reciprocità
• Sono necessarie due bobine, una trasmittente ed una
ricevente;
• Si basa sulla differenza di risposta tra le due bobine:
bobina body e di superficie
Quantificazione via principio di reciprocità
• Principio di reciprocità
P90local
S
 Z  M xy
VVOI
Dove:
• S: intensità di segnale ottenuto in acquisizione;
• P90°local: potenza applicata alla bobina per indurre un FA di
90°è nel volume di interesse (VOI);
• VVOI: volume eccitato;
• Z: impedenza della bobina;
• Mxy: magnetizzazione trasversale.
Quantificazione via principio di reciprocità
In molti tomografi la bobina trasmittente è la body integrata
nel gantry, per cui serve un’acquisizione supplementare
per poter correggere il segnale per la diversa sensibilità
delle bobine.
In generale si può verificare che il flip angle sia
effettivamente 90, ovvero trovare il fattore correttivo.
Entrambe le sequenze hanno durata di 1 minuto e si basano
sul segnale dell’acqua.
Il risultato è ottenere il segnale in “unità RM assolute”.
B1
STFD  S metabolita 
PH 2Olocal
Dev. 90°

S H 2Olocal
rSBrB VVOI S H 2Oglobal
rSBrB 
S90local bobina Breast 
S90local bobina Body 
Quantificazione via principio di reciprocità
Ripetendo il metodo con phantom si
ottengono i segnali delle molecole in unità
assolute.
E’ una sorta di “calibrazione del tomografo”
Bobina breast 7ch
20,0%
S90 global Breast
SRFC - Breast
STFD - Breast
10,0%
0,0%
SX
DX
Mammella sinistra
Variabilità pre-correzione: 10,3%
Post-correzione: 5,1%
Mammella destra
Variabilità pre-correzione: 15,2%
Post-correzione: 3,0%
Quantificazione con riferimento esterno
Pro
Contro
E’ una sorta di “calibrazione
del tomografo”
1-2 sequenze seppur veloci
devono essere acquisite
ulteriormente
Necessità di una importante
fase di calibrazione del
tomografo
Può essere sempre applicato,
anche a posteriori
Non richiede acquisizioni con
phantom per ogni spettro
acquisito
Insensibile al B1
E’molto sensibile alle oscillazioni
dell’hardware.
In generale necessitiamo anche di altri
fattori di calibrazione…..
Nel distretto cerebrale:
- T1
- T2
- Percentuale di acqua libera
- (B1)
- …
Al termine di questo breve viaggio….
Quale accuratezza?
Dipende dal metodo adottato, dal numero di
correzioni che implementate,….
Quale utilizzo in ambito clinico?
GRAZIE!!!!!