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Tecniche di Imaging a RisonanzaMagnetica basate sulla diffusionemolecolare (DWI, DTI) nelladiagnostica clinicaNicola Maria Atum Salandini, 18 Marzo 2011
Relatrice: Correlatrice:Prof.ssa Dott.ssaPaola Fantazzini Paola Berardi
La Diffusione MolecolareLa diffusione consiste nel moto transazionale di molecole soggettea moto browniano, a causa della presenza di gradienti di concentrazione1° legge di
Fick
Legge di continuità 2° legge di Fick
Autodiffusione:
Propagatore di diffusione
Equazione di Fokker Plank
Applicazioni in MRI: l’Esperimento PFGSE
Shift di fase:
Intensità di eco:
Approssimazione GPD:
Il termine di diffusione dipende sia da D che dai parametri dei gradienti scelti
b =
Diffusion Weighted Imaging (DWI)
e Mappe ADC
Immagine DWI
Mappe ADC
L’intensità dipende dal valore di b
Diffusion Tensor Imaging (DTI) e FA
Nel caso di diffusione anisotropa la diffusione nelle tre dimensioni spaziali è descritta da un tensore:
Diagonalizzando la matrice si ottengono i tre autovalori principali, che indicano il valore di ADC lungo le tre direzioni ortogonali dello spazio.
Fractional Anisotropy ADC medio
Sistema utilizzato: hardwareGE RM 1,5 T HDX-t SIGNA ADV Plus.
Bobine di gradiente:• intensità massima 33 mT/m (valore effettivo 57 mT/m), • Slew Rate di 120 T/m/s (valore effettivo 207 T/m/s).
Magnete superconduttivo K4 a 1,5 T General Electric
bobina corpo multicanale HNS, array coil HD 16 channel con 29 elementi
• ottimizza i tempi d’acquisizione• diminuisce gli artefatti• è applicabile a tutte le sequenze esistenti
Imaging Parallelo
Sequenze utilizzateSPIN ECHO EPI:Per creare l'eco, EPI utilizza impulsi di gradienti ad oscillazione multipla in un periodo TR invece della radiofrequenza. • contrasto simile all'immagine SE standard con gli stessi TR e TE . • generalmente usato per acquisire scansioni con pesatura T2.• alto rapporto segnale/rumore, bassa sensibilita ad artefatti
GRADIENT ECHO:sequenza di impulsi di gradienti a polarità inversa per riportare l'equilibrio di fase nei protoni e creare echi. • TR brevi e angoli di deflessione < 90 eccitanosolamente una parte della magnetizzazione longitudinale.• bassi tempi d’acquisizione, produzione eco più rapida della SE, inoltre le immagini sono pesate in T2*< T2
Obbiettivo della ricerca l'ADC (e/o l'FA) può configurarsi come valido
indicatore nella caratterizzazione e nella quantizzazione delle alterazioni della funzionalita renale ed essere assunto come valido indicatore prognostico utile anche nel follow-up della terapia?
Ottobre 2009 / Gennaio 2011 sono stati dunque reclutati 62 pazienti: •17 soggetti volontari con funzioni renali nella norma,• 45 pazienti con differenti patologie renali
Dagli esami effettuati si sono ottenuti i valori di ADC ed FA a partire da ROI
ottenute su tre aree d’interesse del rene:Corticale, midollare e
cortico/midollare
Esami effettuatiPer ogni paziente sono state ottenute
mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini:
Anatomica in T2
Esami effettuati
Matching mappa ADC con anatomica
ROI(2 -4 cm2)
Per ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di
immagini:
Esami effettuatiPer ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di
immagini:
Matching mappa FA con anatomica
ROI(2 -4 cm2)
Esami effettuatiPer ogni paziente sono state ottenute
mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini:
:
Trattografia reni sinistro e destro
Parametri clinici di confronto: creatinina e VFG
Creatinina:La creatinina e un prodotto di rifiuto presente nell'urina, che viene sintetizzato dall'organismo durante il metabolismo della creatina.
valori normali di creatininaDonna da 0,5 a 1,0 mg/dL Uomo da 0,7 a 1,2 mg/dL
VFG:Il VFG e invece un indicatore della funzionalità renale che indica la velocità di filtrazione glomerulare, espressa in millilitri al minuto.
5 stadi di patologia secondo la classificazione CKD
Analisi statistica: il test di Student
Strumento statistico che permette di fareinferenza sulla differenza tra le medie di due campioni indipendenti.• distribuzioni normali• unilaterale o a una coda• bilaterale o a due a code
varianza associata deidue gruppi a confronto
Rapporto critico:
Dal confronto di questo valore con la distribuzione di Student si ottiene il valore di significatività (p-value)
Se p <0.05 si può escludere l’ipotesi nulla
Analisi statistica: il test ANOVAGeneralizzazione del t-test nel caso si abbiano più di due classi a confronto
Test di Fisher (f-test)
varianza tra le classi
varianza intra lasse
In particolare ci occupiamo dell'ANOVA a una via, quando si ha cioè una sola variabile indipendente (la categoria CKD), ed una sola dipendente (l'ADC oppure l'FA)
confronto il valore della statistica calcolata con la distribuzione della stessa calcolando la probabilità che il valore riscontrato sia attribuibile alla casualita, ovvero il p-value. Nuovamente consideriamo differenze signifcative per un p inferiore al 5 %
Risultati OttenutiTest di student
2 gruppi secondo valori creatininaTest
ANOVA4 gruppi secondo la classificazione
del VFG
VALORI MEDI:
Test di student
MINIMI:
ADC corticale medio NORM. PATOL.
Media 2.62 2.48
Varianza 0.09 0.17
P(T<=t) una coda 0.059P(T<=t) due code 0.119
NB: i valori di ADC sono (x E-09)
FA midollare medio NORM. PATOL.
Media 0.37 0.32
Varianza 0.01 0.02
P(T<=t) una coda 0.050P(T<=t) due code 0.101
ADC corticale NORM. PATOL.
Media 2.43 2.27
Varianza 0.04 0.21
ADC corticale NORM. PATOL.Media 2.80 2.69
Varianza 0.34 0.20
FA midollare NORM. PATOL.Media 0.41 0.38
Varianza 0.01 0.03
MASSIMI:
P(T<=t) una coda 0.042P(T<=t) due code 0.085
FA midollare NORM. PATOL.
Media 0.33 0.26
Varianza 0.01 0.02
P(T<=t) una coda 0.012P(T<=t) due code 0.024
Risultati OttenutiTest di student
2 gruppi secondo valori creatininaTest
ANOVA4 gruppi secondo la classificazione
del VFG
VALORI MEDI:
Test ANOVA
MINIMI:
NB: i valori di ADC sono (x E-09)
ADC corticale medio Media Varianza1° stadio CKD 2.55 0.032° stadio CKD 2.62 0.043° stadio CKD 2.60 0.25
4° e 5° stadio CKD 2.37 0.17
Valore di significatività0.268
FA midollare medio Media Varianza1° stadio CKD 0.39 0.002° stadio CKD 0.32 0.013° stadio CKD 0.36 0.02
4° e 5° stadio CKD 0.29 0.02
Valore di significatività0.11
ADC corticale Media Varianza1° stadio CKD 2.42 0.032° stadio CKD 2.47 0.053° stadio CKD 2.34 0.20
4° e 5° stadio CKD 2.11 0.22
Valore di significatività0.074
FA midollare Media Varianza1° stadio CKD 0.36 0.002° stadio CKD 0.27 0.013° stadio CKD 0.30 0.03
4° e 5° stadio CKD 0.22 0.01
Valore di significatività0.017
Conclusioni e Prospettive Future• Nel confronto dei dati classicati attraverso il livello di
creatinina e con il valore di VFG, si hanno valori signicativi (riferiti al p-value) unicamente per l'ADC corticale e per l'FA midollare sui valori minimi.
• la corticale renale e lo strato più esterno costituito per lo più da nefroni, ed e deputata all'ultrafilltrazione, ossia a quel processo che porta alla produzione dell'urina; ci si può aspettare una ridotta diffusione molecolarerispetto alla norma nel caso di malfunzionamento del rene.La midollare invece e costituita per lo piu da strutture tubulari, in cui quindi la mobilita dei liquidi e maggiormente vincolata da ostacoli e pareti; in questo caso l'FA, potrebbe risultare quindi il parametro più significativo per spiegare anomalie in termini di differenze di valori tra sani e malati.
• questi risultati non sono sufficienti per arrivare ad utilizzare esclusivamente l'imaging NMR pesato in diffusione per scopi diagnostici o predittivi
• In futuro si può raffinare tale ricerca attraverso l'aggiunta di altri campioni, il confronto mediante altri tipi di strumenti di analisi dati utilizzati nella clinica (ROC), il restringimento del confronto a patologie specifiche
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