Συνδυασμός και αξιολόγηση εξελιγμένων τεχνικών απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού και τεχνικών απεικόνισης πυρηνικής ιατρικής στην διαφορική διάγνωση εξεργασιών του κεντρικού νευρικού συστήματος

Abstract

Neuroimaging has evolved from a purely anatomy-based specialty to a multi-parameter discipline that combines morphologic abnormalities with hemodynamic information, intra-cellular microstructure, and cellular metabolism. Advanced MR neuroimaging includes 1HMR spectroscopy which is a powerful noninvasive imaging technique that provides important in vivo metabolic information, complementing morphological findings from conventional MRI in the clinical setting. Proton magnetic resonance spectroscopy has proved useful in grading low and high-grade gliomas as well in differentiating active tumor from therapy-related necrosis, but it should always be considered a supplementary tool to the patients’ clinical history and conventional MRI when reaching the final diagnosis. In addition to 1H-MRS, perfusion imaging has already found increasing use in the evaluation of brain tumors as it allows some insight into angiogenesis, a process that is present in a number of hypoxic and ischemic conditions in the central nervous system and an important factor in malignant primary tumors. Neoplastic induced angiogenesis results in structurally abnormal vessels which in turn develop an increased macro- and microvasculature, in comparison to healthy brain tissue. Neoplasms have increased permeability parameters on perfusion MR images and the increase of the rCBV is found to correlate with aggressive tumor growth, thus it facilitates the prediction of brain lesion progression in conjunction with histopathology. Diffusion imaging and Diffusion Tensor imaging still remains a subject of intense research. Diffusion imaging has been shown to be an imaging biomarker for assessing tumor aggressiveness and early response to therapy in neoplasms as it probes local tissue microstructure and provides a sensitive means to detect alterations in the integrity of white matter structures. Moreover, DTI, the evolution of DWI, has the potential to give a complete picture of the neuronal architecture as water molecules diffuse differently along the tissues depending on its type, integrity, and presence of barriers, giving information about its orientation and quantitative anisotropy. The incorporation of the aforementioned advanced MRI techniques that provide specific physiologic information on the morphology, the degree of vascularity and the Blood-Brain Barrier (BBB) rupture as well as the microstructure and metabolic changes of the lesions, has given the opportunity to neuro-radiologists to combine meaningful biomarkers for the assessment of malignancy. However, MRI techniques alone still face several limitations on the assessment of cell proliferation and hence the characterization of intracranial tumors as well as the differentiation between residual/recurrent tumors and treatment-related changes. Therefore, the introduction of Nuclear Medicine modalities which provide information on the proliferative activity and metabolic features of the brain lesions is of major importance in the clinical evaluation of intracranial lesions. Positron emission tomography is the state-of-theart nuclear modality as it presents higher spatial resolution, compared to SPET, as well as increased accuracy and considerably enhancing sensitivity. Although SPET presents several drawbacks, such as lowresolution images prone to artifacts and attenuation, and longer scan times, it is a well-established technique compared to PET and has been extensively used in clinical routine since 1990s. Moreover, SPET installation demands much lower cost and SPET tracers are widely available. On the other hand, the use of PET is still limited as it is associated with very high cost. More importantly there is great difficulty in the distribution of the very short physical half-life of PET tracers used in neuroimaging (e.g. C11, FLT). Hence, given the advantages and disadvantages of each modality, SPECT will maintain an exclusive standing in clinical diagnosis, as it is a widely used modality with robust outcomes. The existing imaging techniques (anatomic, metabolic, functional, etc.) provide valuable information for the diagnosis and progression of brain lesions. However, every single one of these imaging methods presents limitations and hence may not be sufficient to give a complete picture of the lesions profile. The combination of both morphologic imaging modalities and functional, metabolic, or molecular imaging techniques may improve the sensitivity, specificity and diagnostic accuracy during the evaluation of brain lesions and consequently optimize the treatment schemes provided to each patient. Hence, a diagnostic preoperative protocol that combines all the above techniques can lead to a more objective and realistic preoperative approach. In this work, we sought to investigate the feasibility of such a protocol for the pre-operative evaluation of brain tumors.

Η πρόοδος στην ιατρική απεικόνιση τα τελευταία χρόνια και οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της Νευρο-ογκολογίας και της Νευροχειρουργικής για πιο ακριβή αποτελέσματα, κάνει έκδηλη την ανάγκη για συνδυασμό διαγνωστικών πληροφοριών, τόσο ανατομικών-μορφολογικών όσο και λειτουργικών.Η κλασική μαγνητική τομογραφία είναι απαραίτητη για τη μελέτη της δομής των ενδοκρανιακών εξεργασιών. Η ενδοφλέβια χορήγηση παραμαγνητικών σκιαγραφικών ουσιών, με ενώσεις γαδολινίου, αυξάνει σημαντικά τη διαγνωστική ευαισθησία, λόγω ρήξης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (Blood Brain Barrier-BBB) ή/και της υπεραγγείωσης των αλλοιώσεων. Ωστόσο, αντιμετωπίζει ιδιαίτερους περιορισμούς, όσον αφορά την αξιολόγηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και τελικά την αξιολόγηση των εγκεφαλικών όγκων. Οι εξελιγμένες τεχνικές της μαγνητικής τομογραφίας, όπως το DWI (diffusion-weighted imaging), το DTI (diffusion-tensor imaging) το DSCI (dynamic susceptibility contrast imaging) και η μαγνητική φασματοσκοπία (1H-MR spectroscopy), παρέχουν πολυπαραγοντικές πληροφορίες (αιμοδυναμικές, μεταβολικές, μορφολογικές, κλπ), οι οποίες δεν είναι διαθέσιμες με την κλασική μαγνητική τομογραφία. Αυτές οι τεχνικές απεικόνισης είναι απαραίτητες για την αξιολόγηση της παθολογικής και φυσιολογικής ανατομίας, καθώς και για την αξιολόγηση της μορφολογίας της αγγείωσης, του βαθμού αγγειογένεσης και της ρήξης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Επίσης, οι τεχνικές αυτές είναι σε θέση να δώσουν πληροφορίες για τη μικροδομή της εξεργασίας (DWI, DTI) καθώς και για τις μεταβολικές μεταβολές των εξεργασιών (μαγνητική φασματοσκοπία-MRS).Αντίθετα, η Πυρηνική Ιατρική παρέχει λειτουργικές πληροφορίες για τις εγκεφαλικές εξεργασίες παρά ανατομικές. Η απεικόνιση στην Πυρηνική Ιατρική είναι μια μη-επεμβατική μέθοδος η οποία παρέχει πληροφορίες σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο και συμβάλλει στον προσδιορισμό της κατάστασης των λειτουργικών διαδικασιών, με τη μέτρηση της πρόσληψης του κατάλληλου ραδιοφαρμάκου από το όργανο-στόχο. Αυτές οι λειτουργικές διαδικασίες περιλαμβάνουν τη ροή του αίματος και το μεταβολισμό των ιστών, τις αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης, τη λειτουργία των υποδοχέων των κυττάρων σε φυσιολογικά και μη φυσιολογικά κύτταρα, τις αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου, τη δραστηριότητα των νευροδιαβιβαστών, της διακίνησης των κυττάρων, τη διήθηση ιστού καθώς και τον κυτταρικό θάνατο. Με την κάλυψη όλων αυτών των λειτουργικών πληροφοριών, η πυρηνική ιατρική προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εργαλείων για την ανίχνευση φυσιολογικής και παθολογικής λειτουργίας του εγκεφάλου καθώς και της ανταπόκρισης της εξεργασίας σε θεραπεία.Στόχος λοιπόν της παρούσας διδακτορικής εργασίας είναι ο συνδυασμός και η αξιολόγηση της διαγνωστικής πληροφορίας από τις εξελιγμένες τεχνικές MRI και του σπινθηρογραφήματος εγκεφάλου. Η κλασική μαγνητική τομογραφία μας δίνει ανατομικές πληροφορίες, όμως οι ανώτερες τεχνικές μας δίνουν πολυπαραγοντικές πληροφορίες (αιμοδυναμικές, μεταβολικές, μορφολογικές, κλπ), ενώ το σπινθηρογράφημα εγκεφάλου μας δίνει λειτουργικές πληροφορίες. Η πολυπαραμετρική αξιολόγηση αυτών των πληροφοριών και η εισαγωγή τους στην κλινική διάγνωση των εξεργασιών του Κ.Ν.Σ., θα βελτιστοποιήσει την ταξινόμηση και την διαφορική διάγνωση των εξεργασιών και κατ’ επέκταση την στρατηγική αντιμετώσισης των εξεργασιών καθώς και την αξιολόγηση των επιδράσεων της θεραπείας.