RM Funzionale: Studio con Brain Mapping nella Patologia Tumorale e nella Riabilitazione Post-ictus

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1 OSPEDALE SANTA CORONA ASL 2 PIETRA LIGURE (SV) U.O. DI NEURORADIOLOGIA direttore: Dott. R.Padolecchia RM Funzionale: Studio con Brain Mapping nella Patologia Tumorale e nella Riabilitazione Post-ictus G. BOLELLI

2 IL Cervello Chimica Fisiologia Elettricità Magnetismo Analisi dei dati

3 Analisi della Funzione Cerebrale PET, SPECT EEG, MEG alto campo

4 Mappaggio Corticale

5 Funzioni Mappabili Sensitiva Motoria Uditiva Visiva Linguaggio Funzioni Cognitive

6 Tecniche di Brain Mapping

7 Registrazione Elettromagnetica EEG, MEG Registrazione diretta Non invasività Limitata risoluzione spaziale Buona risoluzione temporale

8 Registrazione Emodinamica PET, f MRI Registrazione indiretta Non invasività Ottima risoluzione spaziale

9 PET Radiazioni ionizzanti Risoluzione spaziale ridotta Sensibilità elevata

10 fmri Campo magnetico + RF Ris. spaziale temporale elevata Sensibilità elevata

11 alto campo caratteristiche Elevata risoluzione spaziale Elevata risoluzione temporale Elevato contrasto Elevata sensibilità Non invasiva Versatilità

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13 Risonanza Magnetica funzionale f MRI non è invasiva fornisce importanti informazioni morfo-funzionali non ci sono radiazioni è ripetibile

14 La risonanza magnetica funzionale (fmri) rappresenta una modalità di approccio morfologico-funzionale in grado di rilevare, in modo non invasivo e con elevata risoluzione spaziale, le modificazioni di segnale del tessuto encefalico indotte dalle variazioni perfusionali e di ossigenazione che si verificano nella sostanza grigia durante differenti stati funzionali (riposo/attività)

15 La fmri rileva le modificazioni di segnale del tessuto encefalico grazie alle variazioni che il transito nel letto vascolare encefalico di una sostanza paramagnetica la desossi-emoglobina, è in grado di indurre sul rilassamento trasversale T2 degli spin protonici tissutali in prossimità dei capillari, mediante l impiego di sequenze GE T2*-pesate o eco-planari (EPI)

16 Fenomeni di frmi: a) Uno, più complesso, richiede l iniezione di Gadolinio ed il monitoraggio, medianti sequenze eco-planari, del suo primo passaggio nel letto capillare encefalico (Perfusione) (magneti ad alto campo) b) La seconda, realizzabile anche con magneti per uso clinico, utilizza come mdc paramagnetico endogeno la desossi- emoglobina e registra le variazioni di ossigenazione ematica correlate allo stato di attività corticale: (tecnica BOLD)

17 fmri Effetto B.O.L.D. Blood Oxygen Level Dependent

18 Effetto Bold E Alla base della f MRI Più evidente a c. magnetico elevato (>1.5T) Indotto da scarica neuronale sec. a stimolo Sfrutta lo stato di ossigenazione dei g. rossi Sede: letto capillare No mdc e.v.!!

19 Fisiologia Scarica Neuronale Modificazioni del flusso capillare Modificazione stato di ossigenazione g.rossi Ossi-emoglobina HbO2 Desossi-emoglobina dhb Variazioni di segnale locale rilevate da RM

20 Resting State A riposo (HbO2) = (dhb) sui due versanti HbO2 ha effetto positivo sul segnale (lo aumenta) dhb ha effetto negativo sul segnale (lo annulla) Nessuna variazione di segnale

21 Stimolo Risposta fisiologica Aumento di: CBV = Volume ematico cerebrale CBF = Flusso ematico cerebrale CMRO2 = Rate metabolico O2 (tasso estrazione O2)

22 Activated State Durante attivazione, per i fenomeni di flusso descritti, si accumula più ossihb di quanta si trasformi in dhb (HbO2) > (dhb) Incremento del segnale

23 Effetto B.O.L.D Variazioni flusso e volume ematico Concentrazione HbO2 > dhb nei capillari Eccesso HbO2 sul versante venoso Aumento del segnale locale

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25 Quindi ne deriva che l effetto di suscettibilità magnetica esercitato dalla desossi-emoglobina sul tessuto si riduce temporaneamente e ciò determina un incremento del segnale nelle immagini T2* pesate

26 Risposta BOLD positiva Risposta BOLD % Aumento continuo del flusso Continua attività neuronale Fase di riposo neuronale Rilevamento iniziale Massimo flusso Tempo Scarica neuronale e aumento CBV Stimolo Riduzione continua di flusso nel letto capillare

27 Terminologia Paradigma (Task) Stimolo ü ü ü ü ü sensitivo motorio visivo verbale Cognitivo Aree funzionali

28 La fmri ci consente di conoscere e localizzare le risposte agli stimoli correlando l immagine morfologica con quella funzionale

29 Risposta BOLD % PARDIGMA Brain Mapping Tempo Stimolo Riposo Stimolo Riposo Stimolo Riposo

30 Paradigmi Funzione Motoria ü Finger tapping ü Apertura-chiusura mano ü Flesso-estensione piede Funzione Verbale ü Fluenza semantica ü Produzione di parole ü Lettura di parole ü Denominazione di oggetti Funzione sensitiva ü stimolazione passiva mano

31 Funzione Motoria: Adeguato utilizzo e scelta degli stimoli

32 Motorio Semplice Compito Motorio Semplice Mano sinistra

33 Motorio Semplice Sensitivo//Mot.Passivo Stimolo Sensitivo Mano sn

34 Motorio Semplice Sensitivo/Mot.Passivo Compito Motorio Complesso Motorio Complesso Mano sn

35 Funzione Verbale Localizzare le aree del linguaggio (Broca e Wernicke) Determinare dominanza emisferica Valutare plasticità e sue modificazioni

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38 Considerazioni Collaborazione del Paziente è essenziale Training pre fmri intensivo Tests neuropsicologici Apparecchiature dedicate (stimolazione visiva, acustica )

39 f MRI nella Patologia Tumorale

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46 f MRI nel Recupero Post-Ischemico

47 L ictus provoca nell 80% dei pazienti una emiparesi. Il recupero funzionale avviene in genere nei successivi 2-5 mesi, è di grado variabile e dipende dalla gravità iniziale del deficit. Diversi studi hanno dimostrato che la ripresa è associata alla riorganizzazione delle vie del SNC.

48 Ad oggi sono stati utilizzati diversi strumenti per cercare di capire come avvenga il recupero funzionale: - esame neurologico - esami neurofisiologici - PET - fmri

49 TC in Acuto TC 36 ore DWI a 2 ore Neuroradiologia Dis-Funzionale Neuroradiologia FUNZIONALE

50 La fmri ha dimostrato un reclutamento: nella corteccia immediatamente adiacente alla lesione ictale lungo le aree corticali sane nella corteccia dell emisfero controlesionato non danneggiato (Chollet, Ann Neurol, 1991), (Cramer, Nelles Stroke, 1997)

51 Lo schema di reclutamento dipende: dalla severità del danno dalla sede della lesione dal tempo trascorso dall ictus (Ward, Brain, 2003), (Luft, NeuroImage, 2004)

52 Il recupero del danno motorio dopo un ictus pone due problemi: capire sotto il profilo speculativo come avviene se possiamo applicare queste conoscenze per programmare o migliorare l intervento terapeutico riabilitativo

53 In letteratura, nel corso degli ultimi anni, sono stati esaminati vari gruppi di pazienti con lesioni ischemiche aventi differenti sede e morfologia, con diverse metodiche di analisi.

54 Tombari NeuroImage 2004 Ha eseguito uno studio longitudinale in 8 pz. durante la fase acuta, subacuta e cronica, confrontandoli con soggetti sani, con una serie di fmri, rispettivamente, dopo 20 gg., 4 mesi e 12 mesi dall ictus. Il compito eseguito durante ogni sessione era passivo (flesso-estensione della mano paretica) e attivo (flesso-estensione delle dita della mano paretica). I risultati ottenuti evidenziavano una precoce riorganizzazione con super-attivazione della corteccia sensitivo-motoria S1M1 controlesionale e, secondariamente, una riorganizzazione all interno della ipsilesionale S1M1, suggerendo una rete evolutiva compensatoria a sostegno della ripresa.

55 Ward The American Society of Neurorhabilitation 2006 Ha studiato 2 pz. con ictus motorio puro; il primo presentava un danno corticale e il secondo un danno sottocorticale. Sono stati eseguiti per ciascun pz. 6 controlli dopo i primi 4 mesi dall ictus con successivo confronto con soggetti sani. Il compito eseguito durante ogni sessione era un movimento passivo del polso (sia del polso sano che quello danneggiato dall ictus). Il buon recupero del pz. col danno corticale è stato correlato ad una aumentata attività nelle aree motorie ipsilesionali. Il minor recupero del pz. col danno sottocorticale è stato correlato ad una maggior attivazione nell emisfero controlesionale, con aree di attivazione anche nella corteccia parietale inferiore e una minore attività nelle aree motorie ipsilesionali. Si evidenziava quindi che la sede del danno ha un differente impatto sui conseguenti schemi di ripresa.

56 Luft JAMA Ha esaminato 21 pz. con residua paresi all arto superiore dopo circa 50 mesi da un ictus emiparetico. I pz. sono stati a caso assegnati a due differenti programmi di recupero a) BATRAC (bilateral arm training rhythmic auditory cueing) b) DMTE (standardized dose matched therapeutic excercises) Il compito eseguito durante la fmri consisteva in un movimento del gomito. Le misurazioni furono eseguite due settimane prima e dopo il trattamento terapeutico. I risultati dello studio hanno evidenziato che il BATRAC può indurre una riorganizzazione nelle zone del cervello coinvolte nel controllo motorio, ma principalmente nell emisfero controlesionato (giro pre- e post-centrale) e nel cervelletto ipsilesionato fornendo una spiegazione biologica per un training ripetitivo di entrambe le braccia come potenziale terapia per una riabilitazione in pz. in fase cronica.

57 KIM - Neurology Ha indagato le modificazioni della riorganizzazione della via motoria alla base della ripresa funzionale nel post-ictus in 10 pz. dalla fase sub-acuta (4-5 sett. dopo ictus) alla fase cronica (dopo 6 mesi dall ictus) confrontandoli con soggetti sani. Lo stimolo rilevato alla fmri e il movimento della gamba. Utilizzando per confronto I.L.(consiste in una misura dei pixel da un lato del cervello rispetto all altro). Passando dalla fase acuta alla fase cronica è stata osservata la comparsa inizialmente di aree di attivazione a livello di S1 ipsilesionale e un aumento dell attività in S1M1 nell emisfero non lesionato mentre nella fase cronica si rilevava una diminuzione dell attività nell emisfero non lesionato ed un aumento nell emisfero ipsilesionale. L attivazione di S1M1 passava dall emisfero non colpito a quello colpito associandosi ad una ripresa funzionale.

58 CAO-American Heart Association-1998 Evidenzia il ruolo dell emisfero non infartuato nella ripresa della funzione motoria, attraverso un reclutamento della via motoria non crociata

59 CASISTICA Abbiamo valutato con frmi 8 pazienti dopo ictus in fase cronica con stimolo dell arto superiore rappresentato da un movimento di flesso-estensione del gomito sul piano orizzontale

60 Pz. n. 1 C.F. Ictus ischemico nel 2004 in sede frontotemporo-insulare sn. Alla frmi durante stimolo dx si associano aree di attivazione in regione cerebellare e prerolandica ipsilesionale.

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64 Pz. n. 2 F.R. Ictus-emorragico emisferico dx nel Alla frmi durante stimolo sn sono rilevabili aree di attivazione nell emisfero ipsi e controlesionale a livello della corteccia rolandica e supplementare motoria.

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67 Pz. n. 3 S.B. Ictus ischemico sn nel 1987 Alla frmi durante stimolo dx si rilevano aree di attivazione a livello della corteccia retrorolandica ipsilesionale e frontale controlesionale.

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69 Conclusioni La fmri consente di identificare le aree di attivazione rispetto alla lesione ischemica e di stabilire la loro sede emisferica, importante per capire quali meccanismi possono essere stati messi in atto. La fmri evidenzia il ruolo dell emisfero non infartuato nella ripresa della funzione motoria, attraverso un reclutamento della via motoria non crociata, tuttavia interpretabile come evento di passaggio verso una maggiore attivazione dell emisfero ipsilesionale. Inoltre in futuro valutazioni fmri pre e post-trattamento potranno essere utili per stabilire l efficacia di terapie della spasticità sia farmacologiche, con tossina botulinica, sia di chirurgia funzionale.

70 Grazie