Angio rm. «Il sangue e un succo molto molto speciale» J.W.Goethe

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1 Angio rm «Il sangue e un succo molto molto speciale» J.W.Goethe Queste diapositive fanno parte di un corso completo e sono a cura dello staff di rm-online.it E vietata la riproduzione anche parziale

2 L'aspetto del sangue in RM e' variabile in relazione all'eta' del sanguinamento Un ematoma puo' avere 5 stadi: Iperacuto (ossiemoglobina intracellulare) iso sia in T1 che in T2 Acuto 1-2 giorni deossiemoglobina intracellulare T2 ipo T1 iso Sangue coagulato Subacuta precoce 2-7 giorni metaemoglobina intracellulare T1 iso -> iper T2 ipo subacuta tardiva (10-30 giorni) metaemoglobina extracellulare T1 iper T2 iper Cronico, emosiderina intracellulare T1 ipo T2 ipo

3 Introduzione all angio RM Quando si parla di angiografia per risonanza magnetica si intende la visualizzazione specifica dei vasi arteriosi o venosi, con quasi totale cancellazione dei tessuti circostanti. E importante sapere che arterie e vene sono visualizzate in tutte le sequenze di risonanza magnetica, ma hanno aspetti molto variabili a seconda dei parametri utilizzati. Alcune di esse, pur non essendo delle sequenze usate per l ARM, sono utilizzate per lo studio specifico dei vasi.

4 Per la visualizzazione dei vasi si potranno utilizzare delle tecniche RM che permettono di: A) Visualizzare la parete del vaso (ed eventualmente il contenuto): di solito queste sono sequenze non considerate come angio-rm, perche in definitiva non danno B) Visualizzare il contenuto

5 Le due famiglie si possono dividere quindi poi in: A) Visualizzare la parete del vaso (ed eventualmente il contenuto) 1a) balanced 2a) spin eco 3a) altre (ir,gre, ecc.) B) Visualizzare il contenuto 1b) tof 2b) Phase Contrast 3b) Contrast Enhancement

6 Sequenze per lo studio dei vasi Non propriamente «angiografiche»

7 Sequenze non angio Esistono alcune sequenze in RM che permettono lo studio specifico del vaso, che non si basano sulla visualizzazione selettiva del contenuto dello stesso, ma che vanno a visualizzare i dettagli (visualizzando direttamente) della parete e dei tessuti circostanti. Lo svantaggio degli esami di angio-rm e proprio la scarsa visualizzazione della struttura del vaso, perche le informazioni ottenute sono solo relative al contenuto

8 Sequenze standard concetti sui liquidi in movimento Nelle sequenze classiche SE e TSE i tempi di ripetizione, rifocalizzazione e lettura sono relativamente lunghi, quindi il meccanismo sara il seguente: - Tessuti stazionari e il sangue presente in un vaso, all attimo zero, ricevono l impulso. - All attimo 1 i tessuti stazionari rimangono nella stessa posizione e mantengono sostanzialmente la fase, invece nel sangue gli spin avranno una perdita di fase molto importante. - All attimo 2 quando viene il segnale viene rifocalizzato, nei tessuti stazionari ci sara una rifocalizzazione corretta, mentre nel vaso vi sara una perdita di fase completa con conseguente segnale vuoto. Questo succede nella maggior parte delle sequenze con tempi lunghi, anche perche il sangue ha il tempo di spostarsi. Nei liquidi con velocita molto limitate questo effetto puo non verificarsi, e si avra segnale iperintenso (vene, liquido cefalo rachidiano, versamento articolare) ma si potranno comunque avere zone ipointense.

9 Effetto inflight e sequenze veloci Le sequenze TOF (Time Of Flight) sfruttano l effetto del tempo di volo. Il tempo di volo schematizzato Concetti di base: - Se il sangue fosse «stagnante» avrebbe sostanzialmente il segnale uguale a quello del liquido (non considerando ovviamente tutte le fasi della coagulazione). - Nelle sequenze molto veloci, i tessuti eccitati ripetutamente, hanno un segnale molto basso, perche non riescono a recuperare la magnetizzazione. - il sangue in arrivo da un vaso perpendicolare al primo strato del pacchetto avra segnale iperintenso perche non ancora soggetto alle eccitazioni multiple che portano alla saturazione del segnale

10 Sequenze Black Blood (Sangue Nero) Queste sequenze sono molti utili per valutare la parete del vaso o le pareti cardiache. Sono sequenze standard Spin Eco o Inversion Recovery, che hanno gia caratteristiche tali da avere mediamente il sangue con segnale molto basso. Per riuscire ad ottenere il segnale piu basso possibile si tende ad allungare il TR ma soprattutto ad allungare il TE, e si utilizza un gradiente aggiuntivo che va ad aumentare il defasamento all interno dei voxel in movimento.

11 Sequenze balanced steady state Queste sequenze hanno un contrasto misto dipendente dal T1 e dal T2, e hanno segnale iperintenso all interno dei vasi con pareti isoipointense. Non sono molto degradate dagli artefatti da movimento, anche se soffrono in alcune zone di artefatto da off-resonance. Usate spesso negli studi cardiaci o negli studi selettivi di alcuni vasi senza mdc.

12 Scopo finale di una ARM L obbiettivo finale di tutte le sequenze usate in Angio RM e quello di visualizzare il contenuto dei vasi (sangue in movimento, non coagulato) con segnale iperintenso, mentre tutti gli altri tessuti dovranno avere segnale piu basso possibile. Questa differenza di segnale crea un contrasto elevatissimo tra le strutture di interesse e gli altri tessuti.

13 Tecniche di angio RM TOF Phase Contrast CE-MRA: Contrast Enhanced MRA

14 Tecniche di angio RM TOF Senza Contrasto Dopo contrsto 2d 3d Senza FatSaf Con Fatsat(wats) Phase Contrast Senza contrasto Dopo contrasto 2D 3D CE-MRA: Contrast Enhanced MRA Solo CON contrasto 3d o raramente 2d Senza FatSaf Con Fatsat(wats)

15 TOF concetti Nel primo strato di un pacchetto avremo un ipersegnale spontaneo di tutti i liquidi in movimento (sangue) che, arrivando dall esterno del pacchetto, entrano con una direzione perpendicolare allo strato stesso. Piu la parte di sangue procede negli strati piu va incontro ad una progressiva saturazione (sempre per il meccanismo della perdita di fase). Nelle sequenze con tempi decisamente piu breve, non c e molto tempo perche avvenga la perdita di fase, e quindi l iperintensita spontanea iniziale ha tendenza a permanere piu a lungo e non si verifichera il meccanismo di segnale vuoto descritto sopra. L inflow si verifica in tutti i primi strati di tutte le sequenze, a meno che non siano state attivare delle bande di presaturazione.

16 TOF Se invece vengono utilizzate delle sequenze con TR breve, ma soprattutto con TE a minimo allora il sangue NON avra il tempo di spostarsi, non perdendo la fase, quindi rimarra iperintenso per molti strati in successione. Questo e il meccanismo sfruttato nelle sequenze TOF. Da ricordare sempre che ci sara una progressiva perdita di segnale, a mano a mano che il sangue procede nel volume in esame per le sequenze tof 3d, piu o meno importante a seconda dei parametri selezionati.

17 Saturazione dei flussi Nelle sequenze TOF (sia 2d che 3d) i flussi perpendicolari in entrata allo strato o al pacchetto possono essere facilmente eliminati posizionando una banda di presaturazione Questo sistema e inefficace dopo mdc

18 TOF2D come funziona Le sequenze TOF 2d acquisiscono uno strato alla volta, in modo progressivo lineare, dal primo all ultimo. Il sangue in entrata allo strato avra sempre segnale iperintenso, in tutta la lunghezza della zona studiata

19 La TOF 2D ha i seguenti vantaggi - puo essere utilizzata per coprire spazi molto ampi - Ciascun strato e acquisito singolarmente, quindi non si verifica il defasamento TOF 2D Gli svantaggi sono piu importanti: - Non permette di lavorare a strato molto sottile - Di conseguenza le ricostruzioni multiplanari sono di bassa qualita - I flussi devono essere perpendicolari in tutti i punti di entrata del vaso negli strati: la grossa limitazione e che gli strati sono tutti paralleli, quindi se il vaso a meta del pacchetto compie un loop (quindi invertendo la direzione per poi tornare nella direzione principale, allora si trovera parzialmente saturato. - Maggiori artefatti da pulsazione sulle arterie perche l acquisizione molto veloce puo cadere in fasi cardiache molto diverse. Si puo utilizzare la sincronizzazione cardiaca..

20 I campi di applicazione, considerati tutti i lati negativi, sono molto limitati: - Studio senza contrasto delle grosse vene addominali - Studio senza contrasto delle vene cerebrali e delle giugulari - Controllo del flusso dei vasi epiaortici (es. furto di succlavia). TOF 2D

21 Ovviamente l aggiunta di questi parametri, saturazioni, fat sat, mtc, portera ad un inevitabile aumento del TR minimo, con aumento significativo del tempo totale della sequenza. Le sequenze piu performanti di Angio-TOF possono durare anche minuti TOF 2D Un concetto molto importante da ricordare e che con questa tecnica non si studiano arterie o vene, ma si studiano dei vasi che vanno in una determinata direzione. Ad esempio nel cranio se vogliamo studiare i flussi in salita, dovremo posizionare gli strati in assiale con una saturazione superiore Nelle TOF 2D senza mezzo di contrasto, utilizzando delle bande di presaturazione, e possibile saturare completamente il segnale di un vaso con flusso opposto a quello del vaso in esame. L utilizzo del mezzo di contrasto e successiva esecuzione della sequenza, porta ad un aumento del segnale all interno del vaso, ma comporta la comparsa di segnale indesiderato all interno del vaso con flusso contrario (che di solito viene saturato con una banda di presaturazione, ma che dopo mdc non potra piu essere saturato). Anche i tessuti stazionari possono avere il normale enhancement, e diventare quindi un ostacolo alla diagnosi. Puo essere utilizzato il fat sat o il wats. Spesso negli studi cerebrali viene aggiunto il MTC megnetization transfert contrast, che va a ridurre notevolmente il segnale nei tessuti che contengono macromolecole.

22 Problemi delle saturazioni nelle TOF 2D

23 TOF 3d come funziona Le sequenze TOF 3d acquisiscono tutto il volume contemporaneamente, quindi il sangue entrante (iperintenso) subira continuamente l effetto degli impulsi ripetuti, e subira una progressiva perdita di segnale lungo il volume

24 TOF 3D Le TOF 3D sono le sequenze maggiormente utilizzate per lo studio del circolo intracranico La TOF 3D ha i seguenti vantaggi - Lavora a strato supersottile, fino a 0,3-0,4mm - Poco sensibile agli artefatti da pulsazione arteriosa - I flussi devono essere perpendicolari solo nel punto di entrata del vaso nel volume, poi il vaso puo anche cambiare completamente direzione e non vi saranno artefatti Lo svantaggio piu importante e : - La perdita progressiva di segnale del vasi durante il suo passaggio all interno del volume - Quindi non e adatta allo studio di zone anatomiche molto estese. - Le vene hanno flusso molto lento, e quindi si saturano subito nel pacchetto 3D

25 TOF 3D Esistono 2 tecniche relativamente efficaci per compensare la perdita di segnale: - l utilizzo di più pacchetti 3D parzialmente sovrapposti (minor volume singolo, minor perdita di segnale), MOTSA (Multiple Overlapping Thin Slab Aquisitions) - Utilizzo di un impluso progressivamente crescente nel senso dello spessore 3D. TONE (Tilted Optimized Non saturating Excitation) Nelle TOF 3D senza mezzo di contrasto, utilizzando delle bande di presaturazione, e possibile saturare completamente il segnale di un vaso con flusso opposto a quello del vaso in esame.

26 TOF 3D I campi di applicazione sono generalmente limitati al distretto testa/collo: - Studio senza contrasto del circolo intracranico - Studio delle carotidi L utilizzo del mezzo di contrasto e successiva esecuzione della sequenza, porta ad un aumento del segnale all interno del vaso, ma comporta la comparsa di segnale indesiderato all interno di vasi con flusso contrario (che di solito viene saturato con una banda di presaturazione, ma che dopo mdc non potra piu essere saturato). Anche i tessuti stazionari possono avere il normale enhancement, e diventare quindi un ostacolo alla diagnosi.

27 TOF 3D Puo essere utilizzato il fat sat o il wats. Spesso negli studi cerebrali viene aggiunto il MTC megnetization transfert contrast, che va a ridurre notevolmente il segnale nei tessuti che contengono macromolecole. Spesso vengono utilizzati dei gradienti di compensazione, che vanno a compensare le inomogeneita di flusso, tipiche del tratto successivo ad una stenosi dove il flusso turbolento potrebbe portare ad una saturazione completa o parziale del segnale. Ovviamente l aggiunta di questi parametri, saturazioni, fat sat, mtc, portera ad un inevitabile aumento del TR minimo, con aumento significativo del tempo totale della sequenza. Le sequenze piu performanti di Angio-TOF possono durare anche minuti

28 Vantaggio saturazioni nelle TOF 3D

29 TOF senza mdc VS con mdc

30 Phase Contrast RM L angio-rm con tecnica di contrasto di fase si basa su un principio completamente differente da quello delle TOF. Tramite dei gradienti bipolari, vengono acquisite 2 immagini differenti (nelle sequenze 2D) o 4 immagini (nelle sequenze 3D). Un immagine avra il massimo della dispersione della fase con quindi segnale nettamente ipointenso nelle strutture che hanno un determinato flusso. L altra immagine invece un recupero della fase degli spin dei flussi. Le immagine verranno poi sottratte per ottenere un immagine con soli flussi E necessario impostare il valore di velocita di codifica (Venc) che sara il valore di riferimento delle velocita. Questo valore deve essere superiore alle velocita da studiare. Quando dei flussi hanno velocita molto differenti da quella impostata, si possono avere artefatti di «ribaltamento» di flusso

31 Phase Contrast 2D Le Phase Contrast 2D sono sequenze molto utili per lo studio morfologico ma soprattutto quantitativo dei flussi. Le immagini morfologiche sono utili negli studi in apnea, oppure nei localizzatori per altre tecniche angiografiche. I dati quantitativi di flusso invece sono sempre relativi ad un asse specifico, scelto dall operatore nei parametri della sequenza. Queste sequenze possono essere quindi utilizzate nello studio del liquido cefalorachidiano, o per la valutazione della velocita in vene e arterie. E sempre buona abitudine posizionare lo slice per lo studio del flusso perpendicolare alla direzione del flusso. La sincronizzazione cardiaca puo rivelarsi utile in tantissimi studi di questo tipo.

32 Il maggior vantaggio delle sequenze Phase Contrast e quello di sopprimere completamente (grazie alla sottrazione) il segnale dei tessuti stazionari. Le Phase Contrast 3D permettono di eseguire degli studi vascolari in zone relativamente estese, anche perche e possibile posizionarla in coronale, piano molto pratico negli studi dei vasi con morfologia allungata. Phase Contrast 3D Le Phase contrast 3D sono delle immagini prettamente morfologiche perche visualizzano i flussi ma non sono in grado di quantificarne le velocita. Il Venc deve essere impostato in modo differente in relazione alla velocita dei vasi che si vuole visualizzare. Saranno visualizzati tutti i vasi con determinate velocita, in tutte le direzioni. Questa tecnica viene utilizzata prevalentemente per lo studio delle vene intracraniche e per arterie e vene del collo. Purtroppo le acquisizioni sono molto lunghe, e la risoluzione delle immagini relativamente bassa. E possibile utilizzare delle presaturazioni per saturare dei vasi in arrivo nel volume 3D (qualsiasi direzione).

33 CE-MRA - Intro Le angiografie per risonanza magnetica con iniezione a bolo di mezzo di contrasto sono ormai diventate l unica tecnica non irradiante per le studio d insieme di determinati distretti. In particolare ormai viene usata come unica tecnica nelle angio-rm dei tronchi sovraortici, delle arterie polmonari, dell aorta toracica e addominale, delle arterie renali e mesenteriche, degli assi iliaci e delle arterie degli arti inferiori.

34 CE-MRA - Principi Il principio su cui si basano e estremamente semplice, perche e come se fosse un esami di angiografia digitale. Grazie agli enormi progressi tecnologici soprattutto per quello che riguarda le prestazioni dei gradienti, si acquisisce un pacchetto di immagini prima del contrasto (maschera) e si ripete la stessa acquisizione durante il primo passaggio del bolo di mdc. Le due serie di immagini da un punto di vista della localizzazione spaziale sono identiche, possono quindi essere sottratte. Come risultato avremo solo le informazioni relative al mezzo di contrasto che stava passando nei vasi.

35 CE-MRA Vecchio sistema Le sequenze utilizzate sono sempre delle gradient eco 3D ponderate in T1, con o senza saturazione spettrale del grasso. Nei primi anni di utilizzo di questa tecnica, la maggiore difficolta era la sincronizzazione tra l arrivo del bolo e la partenza della sequenza. A complicare il tutto il fatto che la sequenza poteva durare anche fino a 30 secondi e le informazioni di contrasto erano acquisite al centro della sequenza (quindi dopo 7-8 secondi della partenza della stessa). Le differenti caratteristiche dei pazienti in termini di velocita del ricircolo complicavano maggiormente la procedura.

36 CE-MRA Vecchio sistema Ci si trovava quindi costretti a dover eseguire delle sequenze di test bolo: 1 strato di durata 1-2 secondi acquisito ripetutamente in successione per 40 secondi, posizionato sul vaso principale, e con partenza simultanea alla partenza del bolo. Tramite una ROI si rilevava poi il ritardo esatto in cui si era verificato il picco di enhancement, ma il tempo andava ulteriormente ricalcolato per compensare il ritardo dell acquisizione nel k-spazio.

37 CE-MRA tecniche attuali Per fortuna oggi sono presenti 2 tecniche che semplificano in modo disarmante il lavoro dell operatore. Tecnica A: utilizzo di una sequenza con risoluzione temporale di 1 secondo circa dotata di una ROI di tracking, che durante l arrivo del bolo misura il segnale nel vaso, e quando rileva il picco manda automaticamente in esecuzione la sequenza di acquisizione successiva. Tecnica B: utilizzo di una sequenza con risoluzione temporale di 1 secondo circa che visualizza a video le immagini e l operatore fa partire manualmente la sequenza successiva di acquisizione. Le differenze tra le due tecniche sono minime, la scelta (per chi puo scegliere perche non sono tutte disponibili su tutte le apparecchiature RM) viene fatta prevalentemente sulla base dei gusti personali e delle abitudini.

38 CE-MRA tecniche attuali L utilizzo di tecniche a partenza automatica o manuale istantanea crea pero un problema fondamentale: quando la sequenza di acquisizione inizia, il bolo e al suo picco massimo e dopo pochi secondi il segnale si ridurra drasticamente. La durata della sequenza (se si vogliono mantenere elevate risoluzioni spaziali) non puo mai essere portata al di sotto dei 20 secondi. Questo significa che l acquisizione delle informazioni del contrasto nei 20 secondi sara tra il settimo e il quattordicesimo secondo, quindi totalmente in ritardo rispetto al picco del contrasto. Per risolvere questo problema sono state abilitate delle tecniche di acquisizione ellittica, che permettono di acquisire all inizio della sequenza le informazioni del contrasto dell immagine, mentre le informazioni sulla risoluzione sono acquisite nella fase successiva.

39 CE-MRA tecniche attuali Le CE-MRA non hanno particolari svantaggi o problemi, è comunque corretto segnalare che: - Possono solo essere eseguite con mezzo di contrasto - Necessitano solitamente di un flusso di iniezione medio alto (anche con flussi di 1-1,5ml/s si possono ottenere risultati accettabili, ma i flussi ottimali sono da 2,5 in su. - Le sequenze non possono essere ripetute nella stessa sessione di esame, perché una volta che il mezzo di contrasto avrà impregnato tutti gli organi avremo segnale elevato nelle regioni limitrofe di molti vasi. E comunque possibile ripetere l acquisizione, ma vanno rispettati i limiti di dose massima somministrabile, e si deve mettere in conto una qualita inferiore. - La sottrazione di immagine puo sempre causare errori o artefatti sull immagine finale, soprattutto nelle sequenze in apnea, dove la posizione del grasso e degli organi puo essere lievemente differente tra le 2 acquisizioni. Si consiglia di valutare l utilizzo di sequenze con saturazione del grasso, e non eseguire la sottrazione (meglio comunque sempre acquisire l immagine maschera per verificare la qualita della sequenza successiva, e per poter eventualmente rilevare un iperintensita gia presente pre-mdc. Se la sequenza non e fat sat puo comunque essere ricostruita senza eseguire la sottrazione, il grasso non dovrebbe comunque avere intensita troppo elevata perche la caratteristica comune di queste sequenze e proprio l altissima risoluzione e il rapporto segnale rumore basso.

40 CE-MRA tecniche attuali Come detto prima il primo passaggio e l unico utilizzabile nello studio arterioso. L operatore puo pero decidere di ripetere la sequenza anche nelle fasi successive, in modo da ottenere informazioni anche nella fase portale e nella fase venosa, per lo studio di quei vasi. Va tenuto pero in considerazione che il contributo nell immagine del contrasto nella fase di ritorno venoso sara decisamente meno efficace rispetto a quello dato nel primo passaggio.

41 CE-MRA tecniche attuali Quindi: Fase arteriosa: sequenza ad altissima risoluzione, basso segnale rumore, il mdc ha comunque segnale elevatissimo Fase portale venosa: sequenza a risoluzione piu bassa, segnale rumore piu elevato in modo da compensare il minor segnale del mdc nella fase di ritorno. Purtroppo non e semplice eseguire due sequenze differenti in successione, perche la macchina esegue una ricalibrazione che richiede alcuni secondi..

42 CE-MRA tecniche attuali Se volessimo ottimizzare tutto l esame potremmo fare: - Maschera angio-rm a bassa risoluzione e segnale elevato (per sottrarla poi alla fase venosa) - Maschera angio-rm ad alta risoluzione (per sottrarla poi all angio arteriosa) - Traking o Fluoro-RM - Angio arteriosa ad alta risoluzione - Angio portale a risoluzione piu bassa - Angio venosa a risoluzione piu bassa Nei casi di patologia venosa (non portale) dubbia, e comunque possibile usare la tecnica angio-rm CE di primo passaggio, con un accesso venoso nella parte piu periferica del flusso venoso di ritorno del vaso stesso da studiare. Unico accorgimenti molto importanti: - Ci si deve aspettare una tempistica differente (di solito quasi immediata) - Quantita di mezzo di contrasto troppo elevate potrebbero dare segnale vuoto nel vaso, e quindi preferibile usare mdc diluito al 50% con fisiologica e utilizzare dei flussi più lenti (1ml/s) anche perché con un iniezione prolungata si assicurera una finestra temporale decisamente piu tollerante.

43 ANGIO-RM TIME RESOLVED 4D Sostanzialmente è una acquisizione CE-MRA* (3d)** seriata***. * è quindi una sequenza specifica (di solito ffe t1) che permette di visualizzare l'iperintensità del liquido di contrasto del mezzo di contrasto che sta passando all'interno dei vasi, mentre tutti gli altri tessuti stazionari hanno segnale molto basso. Ovviamente il periodo temporale utile per queste acquisizioni è il primo passaggio del bolo. Si esegue ovviamente sempre un immagine di riferimento a vuoto, per poi sottrarla a quelle eseguite successivamente, che nella CE-MRA tradizionale sono 1 o 2. ** la sequenza viene acquisita con tecnica 3D per sfruttare le caratteristiche di maggior velocità e risoluzione spaziale di questa sequenza *** seriata perchè viene acquisita (a differenza della CE- MRA classica dove si fa il passaggio arterioso e al massimo il venoso) molte volte con tempi di scansione molto brevi, in modo da avere una ricoluzione temporale molto elevata. Sostanzialmente può essere paragonata concettualmente ad una angiografia per cateterismo (ovviamente senza la possibilità di fare iniezioni selettive). In pratica tutto dipende dalle performance dell'apparecchiatura, che devono essere elevatissime perchè serve super velocità in modo da ottenere 3 valori di risoluzioni elevate: -risoluzione spaziale del pixel -risoluzione nel senso dello spessore - risoluzione temporale (di solito tra i 0,5 e i 2-3 secondi per acquisizione). La procedura è identica ad una CE-MRA, cioè il paziente deve avere un accesso venoso di grosso calibro, poi viene eseguita la maschera (sequenza a vuoto) e poi in contemporanea allo start del bolo (4ml/s) viene fatta partirel'acquisizione seriata delle immagini ccon contrasto, fino a secondi