MR Professor dr.med. Olav Haraldseth Institutt for Sirkulasjon og Bildediagnostikk DMF/NTNU

Pasient Sykehuset Diagnose Behandling Evaluere resultat Medical Imaging Best mulig funksjon På kortest mulig tid Med minst mulig ressurser Bedre kvalitet på diagnostisk informasjon = raskere og bedre valg av behandling Bildestyrte minimalt invasive metoder = redusert risiko og raskere rehabilitering Monitorering av behandlingseffekt = raskere skifte til effektiv behandling i tilfelle dårlig respons

Framtida for medisinsk bildediagnostikk er MR og ultralyd “Miljøkrav” - strålingsbaserte metoder ut Røntgen (CT) og nukleærmedisin MR like god eller bedre for de fleste indikasjoner MR suveren på anatomi ??? Ultralyd - enkel og tilgjenglig “det nye stetoskop”

GE toppsjefen Jeff Immelt Pave Benedikt XVI

Flere med interesse for lommeultralyden

1024x T 512x T Cerebral angiografi

Neste skritt 7 Tesla ? Yao, Duyn et al. Radiology 2012;262(1):206-15

0.3x0.3x0.5 mm 3 T Hjernenerve og mellomøret Buegangene (likevektsorganet)

Nakke Korsrygg med skiveutglidning

Knær med meniskskader

Knær med korsbåndskade

Hofte og håndledd med aseptisk nekrose

Hjerte

Kraftig statisk magnetfelt + radiobølger (kortbølge og FM) Protonene i vann er små stavmagneter Roterer rundt sin akse i “resonans” Frekvensen (Larmor frekvensen) ω = − γB Radiobølge inn gir eksitasjon Relaksasjon gir radiobølge ut Matematisk formel (Fourier) deler opp bølgesignalet i enkeltbølger Hver enkeltbølge unik frekvens og fase = MR bilde frekvens fase Amplituden gir gråtonen Hva er MRI ? Bølgen ut forandret av gradienter (vår manipulasjon for å kode i rommet) og vevet (her er informasjonen)

Nødvendig for å se forskjell mellom: forskjellige typer normalt vev normalt vev og sykdom forskjellige typer sykdomsforandringer Kontrast i bildet Kontrasmekanismer proton density T1, T2 og T2* relaksasjon Stadig nye mekanismer Eksempel: Diffusjon Kontrastmidler felles effekt: påvirker T1, T2 og T2* relaksasjon men forskjellig biologisk oppførsel

Anatomisk MRIanatomi og lokalisering Funksjonell MRIfysiologi og organfunksjon MR spektroskopibiokjemi og metabolisme Mange typer informasjon kan hentes ut fra vevet Molekylær avbildningmolekylærbiologi (non-invasivt)

Funksjonell MRI av hjerne Perfusjon MR - blodforsyning til hjernevev Diffusjon MR - vannets egendiffusjon redusert etter ischemi Diffusjon tensor MR - struktur og konnektivitet i hvit substans BOLD kontrast - lokalisering av hjerneaktivitet

Funksjonell MRI av hjerte Perfusjon MR - blodforsyning til myokard ”Real time” og ”cine loop imaging” - veggbevegelse og -tykkelse i hjertesyklus kvantifisere ejeksjons fraksjon og systoliske og diastolisk volum ”Tagging” - punkt for punkt veggbevegelse i 3D Fase kontrast - kvantifisere flow volum, hastighet og retning MR coronar angiografi – stenose i coronarkarene Med kontrastmidler - viabilitet i myokard

Funksjonell MRI av lunge Perfusjon MR - lungeemboli Ventilasjons MR med hyperpolariserte gasser (Helium and Xenon) - dynamikken i lunge ventilasjon og fylning av luftrommene Ventilasjons MR med oksygen som kontrastmiddel - lokalt opptak av oksygen in lungkar

Funksjonell MRI av kreft Dynamisk ”contrast enhanced” MR - blod volum and mikrovessel permeabilitet = angiogenese markør av malignitet og monitorere behandlingseffekter Perfusjons MR - strålingsfølsomhet og biotilgjengelighet av medikamenter Metoder følsomme for interstitielt væsketrykk- biotilgjengelighet av medikamenter hypoksi - strålingsfølsomhet ekstracellulær pH - medikament aktivering temperatur - minimal invasiv kirurgi

Pasient Sykehuset Diagnose Behandling Evaluere resultat Medical Imaging Best mulig funksjon På kortest mulig tid Med minst mulig ressurser Bedre kvalitet på diagnostisk informasjon = raskere og bedre valg av behandling Bildestyrte minimalt invasive metoder = redusert risiko og raskere rehabilitering Monitorering av behandlingseffekt = raskere skifte til effektiv behandling i tilfelle dårlig respons

Eksempel Hjerneslag (etter blodpropp) Skadereduserende medikamenter kan bli stort framskritt Men, krever ny bildediagnostikk i akuttfasen Vanlig MR akuttPerfusjon MR akuttDiffusjon MR akuttInfarkt etter 3 mnd Før behandling kan vi se om noe hjernevev kan reddes Etter behandling kan vi måle effekten

pasient AB (MR 2 timer etter symptomdebut) T2w akutt Snitt 14 perfusjon 3 dagerT2w 3 månederADC 3 dagerDiffusjon 3 dager perfusjon akuttdiffusjon akuttADC akutt

pasient ME (MR akutt 4:40 timer etter symptomdebut) Snitt 11 T2w akutt perfusjon akuttdiffusjon akuttADC akutt ADC 3 dagerDiffusjon 3 dagerPerfusjon 3 dagerT2w 3 måneder

pasient ME Syptomforbedring fra akutt til 3 måneder perfusjon akutt Språk - alvorlig afasi som ble helt bra T2w 3 måneder

Signal v. time CA concentration v. time Model fit of tissue curveResidue impulse function

Perfusjons MR – T1 vektet ”bolus tracking” ved 3 Tesla CBF – Cerebral Bloof Flow

Two pasienter med hjerneslag (en uke etter symptomdebut) 1 2

Kvantifisering av permeabilitet i karene i tumor C b (t) V b C e (t) V e KiKi K i (1-Hct) F F blodvevarterie vene C a (t) Intra- cellulære rom V tis BBB V d = CBF MTT Tissue voxel

T2 w TSE K i (ml/100g/min) F (ml/100g/min) V d (ml/100g) V b (ml/100g) Anatomi, T2w Courtesy Henrik BW Larsson, Glostrup University Hospital

F (ml/100g/min) V d (ml/100g) V b (ml/100g) K i (ml/100g/min) Anatomy, T2w Courtesy Henrik BW Larsson, Glostrup University Hospital

Motor Somatosensorisk Hørsel Syn Språk ” Eloquent” cortex Tå Finger Tunge Wernicke Broca Forskning ved fMRI gruppen i Trondheim Eksempel Preoperativ kartlegging

Fingre Tunge / munn Føtter Berntsen, Kvistad, Unsgård et al. Minim Invasive Neurosurg 2009;52:83-5. Eksempler på erfaringer i Trondheim med preoperative kartlegging i hjerne

Fingre Tunge / munn Føtter Berntsen, Kvistad, Unsgård et al. Minim Invasive Neurosurg 2009;52:83-5. Arterier Nervebaner Vener Eksempler på erfaringer i Trondheim med preoperative kartlegging i hjerne

Lokalisering av tungebeveglser nær svulsten Lokalisering av språkfunksjon (Broca) nær svulsten (i sagitalt snitt)

Også lokalisere hvit substans med diffusjon tensor MR Vannet beveger seg friere langs axoner og nervebaner enn på tvers. Kan brukes til å lage ”traktogrammer”. Pyramide banene Pyramide banene

Bildestyrt minimal invasiv kirurgi

Controls Xu, Håberg. J Neurotrauma 2007;24: Rehabilitation – Diffusion tensor MR of head trauma Head trauma

Funksjonell MRI for tidlig diagnostikk av Alzheimer demens Finne fram i virtual reality Hjerneaktivitet i forskjellige deler av hippocampusområdet i fasene: lokalisere, planlegge, utføre Dette er fasen: lokalisere hvor man er Også gjenkjenne lukt Hjerneaktivitet ved lukt som gjenkjennes

Courtesy Evensmo, Xu, Håberg Fire forskjellige vanskelighetsnivå / utfordringer: Med landemerker Uten landemerker Blokekring av veier Ledet (lysende stripe i gulvet)

Xu J, Evensmoen HR, Lehn H, Pintzka CW, Håberg AK. Neuroimage 2010;67: Navigering viktig funksjon i mediale temporale lapp. Samarbeid med Kavli senteret og relevansen er tidlig demens symptom med landemerker uten landemerker blokkering av veier

Kvantitativ MR basert morfometri - Cortex tykkelse Gruppesammenligning mellom tidligere prematurt fødte og kontroller (nå år). Gult og rødt er statistisk signifikan tynnere cortex hos tidligere prematurt fødte. Samarbeid med Ann-Mari Brubakk Anders M. Dale (nå San Diego)

RLRL Gruppesammenligning mellom tidligere prematurt fødte og kontroller Gult og rødt er statistisk signifikant lavere FA hos tidligere prematurt fødte. DTI – Fractional anisotropy (FA) – mål på hvit substans konnektivitet Samarbeid med Ann-Mari Brubakk og David Tuch (Boston)

Anatomisk MRIanatomi og lokalisering Funksjonell MRIfysiologi og organfunksjon MR spektroskopibiokjemi og metabolisme Mange typer informasjon kan hentes ut fra vevet Molekylær avbildningmolekylærbiologi (non-invasivt)

Molekylær avbildning Metabolisme studier med karbon-13 merkede substrater (kontrastmiddelet del av strukturen i molekylet) Kontrastmidler bundet til ligander reseptortetthet og binding biofordeling/bioavaialbility av medikamenter og genvektorer påvise enzymaktivitet (enzymet forandrer kontrastmiddel) påvise gentranskripsjon ved binding til RNA Intracellulære kontrastmidler mangan - taes opp aktivt av kalsium kanaler - si noe om myokard viabilitet - vandrer langs nervebaner - si noe om nerve skade og regenerasjon Merking av celler (”tracke” vandring av stamceller)