Whatsapp Whatsapp
Telefon Hemen Ara
Dikilitaş Mah. Hakkı Yeten Cad. Süleyman Seba Kompleksi 10/C Beşiktaş/İSTANBUL 444 66 27

Spektroskopi

Spektroskopi Nedir?

Bazı yapıtaşı moleküllerin artış ve azalmasını canlıda gözlemleme amacı ile yapılan özel bir incelemedir. Ayrıca, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMRS) olarak da bilinir. Radyoloji’de bazı hastalıkların tanısı, tedavi planlanması ve izlenmesinde başka hiç bir yöntem ile elde edilemeyen yararlı klinik bilgiler sağlamaktadır. Güvenli bir yöntem olarak kabul edilmektedir. İn vivo Proton MRS klinik kullanımı ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından 1996 yılında onaylanmıştır.

Beyin MRS; tümörler, inme, nöbet, Alzheimer hastalığı, depresyon ve diğer bazı hastalıklarda olası metabolik değişiklikleri inceler. MRS non-invaziv (kesme / kanatmaya gerek duymayan) ve analitik bir tekniktir. Aynı zamanda kas gibi diğer organların metabolizmasını değerlendirmek için kullanılır. NMRS kasların intramiyoselüler lipit içeriğini (IMCL) ölçmek için de  kullanılır.

Teoride MRS incelemesi çekirdeğinde tek sayılarda proton bulunduran tüm atomların oluşturduğu moleküller ile yapılabilir. MRS ekipmanı bir radyo alıcısı gibi farklı kimyasalların çekirdeğinden gelen sinyalleri almak için ayarlanabilir. Üzerinde çalışma yapılacak olan en yaygın çekirdek hidrojendir. Ancak fosfor, karbon, sodyum ve flor MRS’de kullanılabilir.

MR spektroskopi tekniğinde konvansiyonel MR sekanslarında olduğu gibi görüntü elde edilmez elde edilen sadece ortamda bulunan metabolitlerin yoğunluğu hakkındaki bilgidir.

Konvansiyonel MR sekansları görüntü oluşumu prensiplerinde anlattığımız  gibi 3 yöndeki(x,y,z) gradientlerin ard ardına çalıştırılması ile oluşturulur ve eni,boyu ,derinliği olan 3 boyutlu resimler şeklinde karşımıza çıkarlar.MRS’de X,Y aksındaki gradientler çalıştırıldıktan sonra Z aksındaki gradient(frekans kodlama gradienti) çalıştırılmaz ve 2 boyutlu madde yoğunluğu hakkındaki bilgileri taşıyan datalar elde edilir.

 

Protonlar bağlı bulundukları ortam, molekül yapısı ve içinde bulundukları manyetik alan gücüne bağlı olarak salınım gösterirler. Bu salınım hareketinin hızı Larmor frekansı olarak adlandırılır ve ω ile gösterilir. vücutta en çok hidrojen su ve yağda bulunduğundan klasik MR görüntüsünü oluşturan su ve yağ konsantrasyonlarıdır. Bunun dışında görüntü demir, kalsiyum, protein oranları gibi diğer faktörlerden etkilenir. MRS’de su dışında dokularda az miktarda bulunan bazı moleküller görüntülenmek istenmektedir. Bu nedenle su MRS’de baskılanır.

Proton MRS’de H+ içeren biyokimyasal madde veya metabolitler farklı frekanslarda salındıklarından aynen ışık spektroskopisinde olduğu gibi MRS’de ω frekans kayması nedeniyle farklı bölgelerde tepecikler oluştururlar. Larmor frekansı ve ortam değişkenlerinden etkilendiğinden dolayı bu zirvelerin konumu NMR frekansı M.Hertz gibi mutlak birimler yerine ana frekanstan milyonda bir sapma cinsinden (ppm, parts per million) olarak gösterilir. Zirvelerdeki sinyal şiddeti ise entegral veya üreticiden üreticiye değişen keyfi birimler olarak gösterilir.

Bu bağlamda sık kullanılan bazı metabolitlerin konumu şu şekilde özetlenebilir:

 

KOLİN (3.2 ppm) ,

 KREATİN (3.0 ppm) ,

 N-ASETİL ASPARTAT-NAA (2 ppm),

Aminoasit Alaninin ikiz zirveleri (1.4 ppm)

Myoinositol (3,5-3,6 ppm)

Glutamine-Glutamat (3,7 ppm(

 

Bunlardan en belirgin olan NAA genellikle diğerlerinin yerini bulmak için referans olarak kullanılır.

MRS’de izlenebilen metabolitlerin vücut içinde ne işe yaradığının bilinmesi klinikte tepeciklerin ne anlama geldiğinin yorumlanmasında kullanılmaktadır. Örneğin Kolin hücre zarı yapımında kullanılan yapıtaşlarından biridir. Hücre ve zarının bulunmadığı bölgelerde az görünmesi beklenirken, zar yapım artışı ile seyreden bölgelerde artması beklenir. Kreatin enerji metabolizmasında karşılaştığımız bir moleküldür. N-asetil aspartat ana sinir hücresi olan nöronların ve uzantıları aksonların göstergesi olup, nöronların yıkıldığı ve yok olduğu bölgelerde azalma beklenir. Laktat hücrelerin anaerob solunumunun göstergesi olup, bölgeye gelen oksijen miktarının tüketime yetmediğinin göstergesidir. İnositol / myoinositol nöron dışı (glial) hücreler özellikle astrositlerde bol bulunan bir metabolitdir. Bunun dışında Glx tepeciği Glutamat ve Glutamin’i birlikte gösterir.

MRS canlıda belirli voksellerden alınır. Voksel kavramı görüntülemede, vucütta konumu önceden belirlenmiş, örneklemenin yapıldığı küp veya dikdörtgen prizma şeklinde 3 boyutu bulunan bir hacim olarak düşünülebilir. Ölçülen metabolitlerin miktarı çok az olduğundan gelen zayıf sinyali almak için MRS’de kullanılan vokseller büyük seçilmek zorundadır. Tek voksel, SV (single voxel spectroscopy) ve çoklu voksel MV (multi voxel spectroscopy) şeklinde ölçümler kullanılmaktadır. SVS ’de beyin’de şüpheli bölgeden ve benzeri olan karşı taraftan 2 ölçüm alınır. SVS yerini büyük ölçüde MVS’ye bırakmıştır. MVS’de bir düzlemde cihazın kapasitesi ölçüsünde küçültülebilen vokselleri satranç tahtasındaki alanlar gibi yan yana dizilen küplerden ölçüm alır. Detaylarına girmeden SVS ‘de görüntülerin elde edilmesi için PRESS ve STEAM yöntemleri kullanılırken, MVS de kimyasal şift’e dayalı (CSI) bilgi toplama yöntemi kullanılmaktadır. SVS ve MVS nin her birinin avantajları ve dezavantajları olmasına karşın, çekimin standardize edilmesi, yorumlama kolaylığı, örnek alınmayan yerlerde olası değişikliklerin gözden kaçmaması gibi faktörler ağırlık ibresini MVS yönüne kaydırmaktadır.

MRS elde edilmesinde kısa <30ms yankı süreleri (echo time) daha inişli çıkışlı bir eğri elde edilmesine yol açar. Bu eğrilerde daha çok sayıda ve atipik metabolitler tanımlanabilir. Ancak bazı metabolit tepeciklerinin bir biri ile karıştırılması riskini taşır. Uzun yankı süresi >135ms ile elde edilen MRS’lerde eğriler daha düzgün görünümlü olur. Yorumlama kolaylaşır ama daha az sayıda metabolit tanımlanır. Uzun eko süreleri genellikle fokal beyin hastalıklarına kullanılır. Kısa eko süreleri daha ziyade metabolik hastalıklar ve difüz beyin hastalıklarında kullanılır.

Proton spekroskopi daha küçük alanlardan daha kısa sürede yüksek rezolusyonlu spektrumlar elde edilmesi ile daha çok kullanılır.

Protonun ;

-Yüksek giromanyetik sabitesi

-Yüksek metabolik konsantrasyonu

-Daha uygun relaksasyon zamanı sensitiviteyi artırır.

Normal serebrumda serbest lipid sinyallerinin olmaması, “shimming” kolaylığı ve hareket artefaktlarının olmaması nedeni ile tetkiklerin çoğu beyne yönelik yapılmaktadır.

-Proton spektroskopide kullanılan lokalizasyon metodları

(single voksel spektroskopi):

 

—Genellikle tek voksel teknikler ile

—Lokalizasyon

—Manyetik alan homojenitesi

—Su baskılama daha iyi

TEKNİK:

Bir çekirdeğin rezonans frekansı , bu çekirdeğin kimyasal ortamına bağlıdır ve bu ortam çekirdeğin Larmor rezonans frekansında küçük bir değişiklik oluşturur ki bu kimyasal kaymadır.

Bu kimyasal kayma çekirdeği çevreleyen hareketli elektronların ve ana manyetik alanın yarattığı manyetik alanlara bağlıdır.

Spektroskopi tekniği ile protonlar arasındaki kimyasal şift etkisini kullanarak , protonların mikroskopik çevreleri hakkında bilgi edinilmektedir.

Protonların çevrelerinde belli seviyelerde hareket halinde bulunan negatif yüklü elektronlar protonlar üzerine “shielding” (gölgelenme) etki göstermekte olup magnetin proton üzerindeki etkisini kısmen değiştirmektedir.

Kabaca su ve yağ dukusunda bulunan protonlar faklı kimyasal ilişkiler içinde olduklarından faklı “shielding” etkiye maruz kalacaklar ve salınım frekansları farklı olacaktır. Bu faklılık kimyasal şift olarak bilinir.

Biz bu protonların frekanslarını birbirinden ayırabilirsek protonların içinde bulundukları kimyasal ilişkileri de birbirinden ayırabiliriz ve bu spektroskopi tekniğinin temelini oluşturur.

Normalde MR ile ölçtüğümüz sinyalin çoğu su ve yag dokudan gelmektedir ve bunların salınım frekansları kimyasal şifte bağlı olarak bir miktar faklıdır. Bunu frekans aksisinde amplitüd olarak değerlendirirsek iki belirgin pik elde edilir. Bu iki pik tüm MR cihazlarında gözlenmektedir ve bu frekans faklılığı 1.5 T cihazlarda 250 Hz kadardır.

 

Bu farklılık düşük teslalı cihazlarda bu kadar belirgin olmadığından spektroskopik inceleme yapılamaz.

-Chemical Shift İmaging (Multivoksel spektroskopi )

 

CSI (chemical shift imaging)

—–Faz doğrultusundaki gradiyentlerin kullanıldığı tekniktir.

—–Geniş bir kesitte , kesitin bir çok bölgesinden çok sayıda spektral analiz elde edilebilir.

—–Dezavantajları post-prossesing süresi daha fazla olması , daha fazla homojen statik manyetik alana ihtiyaç göstermesidir

Kısa eko zamanlarında daha fazla bileşikten sinyal alınmakta fakat daha fazla sıvı ve yağ kontaminasyonu olmaktadır.

Uzun ekolu spektrumda daha az bileşik görülür hale gelmekte T2 ağırlığı değişmekte fakat daha düz bazal hat elde edilmektedir.

İyi bir MRS elde etmek için su ve lipid süpresyonunun sağlanması gerekir.

Beyin metabolitlerinin düzeyleri 10 mm ve katları gibi değerlerdir.

Su piki 80 mm gibi değerlerde iken , lipid perikranial gibi yağ dokusunda çok yüksek oranlarda bulunur.

Diğer metabolitlerle karşılaştırıldığında su pikinin sinyali çok fazladır ve diğer piklerin görülebilmesi için suyun baskılanması gerekir.

Yağdan gelen sinyallerin baskılanması

1.STIR

2.FATSAT:

Su ve yağ içerisinde bulunan protonların rezonans frekansları kimyasal şift etkisi nedeniyle birbirinden farklıdır.

Kesit görüntüleme algoritması öncesinde dar bant aralığında ve merkezi yağ rezonas frekansına odaklanmış bir RF darbesi uygulanır. Bu darbeye fat saturasyon pulsu denir. Tekniğin ismi ise chemical shift selective ya da CHESS tir.

CHESS in STIR a göre en büyük avantajı değişik sekanslar ile birlikte kullanılabilir olmasıdır.

Lipid sinyalinden uzak kalmak için lipid içeren bölgelerin lokalizasyon dışı tutulması,

İnversion recovery gibi presaturasyon pulslarının kullanılması ile sağlanır.

Voksel: Örneklenecek hacim elemanı için kullanılır.

Klinik spektroskopide voksel büyüklüğü genellikle 2-8 cm3 arasında değişir ve STEAM sekansı ile 1 cm 3 kadar küçük olabilir.

Küçük voksellerden daha az sinyal alınır.

Voksel içerisinde mümkün olduğu kadar patolojik doku artırılmalı ve lezyonu çevreleyen beyin dokusu az olmalıdır.

Tek voksel veya spektroskopik görüntüleme arasında seçim yapılırken istenilen bilgi ve teknik olanaklara göre seçim yapılır.

İnme veya epileptik odak araştırılırken yapılıyorsa değişik lokalizasyonlardki değişik metabolitleri göstermek için spektroskopik görüntüleme yapılmalıdır.

Glutamin,glutamat, miyoinositol gibi kısa ekolu spektrumlarda gösterilen metabolitleri difüz hastalıklarda göstermek için kısa ekolu tek voksel çalışmalar tercih edilmelidir.

1D, 2D, 3D boyutlu spektroskopi yapılabilir. Ancak 1D en az zaman gerektirdiğinden en fazla tercih edilendir.

Bu görüntüler bilgisisayarda konsantrasyonlarına göre haritalanablir ve MR görüntülerine süperpoze edilerek lezyondaki anormal metabolit dağılımı gösterilebilir.

Değişik renk ve intensiteler değişik metabolite karşılık gelir ve metabolit dağılımının görsel olarak anlaşılmasını kolaylaştırır.

Buraya kadar okuduğumuz ve biraz karmaşık olan MR spektroskopi tekniklerini uygulama alanlarına göre klinik olarak basit bir şeklide incelemeye calışalım.

 

Beyin MR Spektroskopi:       

Beyin MRS’te pozisyon aynı rutin cranial mrg’deki gibi olmalıdır.

Beyin dokusunda  serbest lipid(yağ) sinyallerinin olmaması, “manyetik alanın düzgün ve sabitleştirilmesinin” kolaylığı ve hareket artefaktlarının olmaması nedeni ile tetkiklerin çoğu beyine yönelik yapılmaktadır.

Beyin MRS’de  araştırılan lezyon yada dokuya göre Single Voksel ,Multi Voksel veya 3D spektroskopi yapılabilir.

 

SVS(single voksel spektroskopi),MVS(multi voksel spektroskopi) yada 3D spektroskopi ; uzun veya kısa TE(time echo) parametrelerinde yapılabilir.

Beyin parankimi için Uzun TE’li taramalarda;

*Cho(kolin)

*Cr(keratin)

*NAA( N-asetil aspartat)

*Lac( laktat)   metabolitleri için analiz yapılırken diğer metabolitler kaybolur

Kısa TE’li taramalarda;

*MI( myoinozitol)

*Glutamin ve Glutamat( Glx)

*Glisin(Gly)   gibi metabolitlerde taranabilir.

Unutmayalım ki kısa ekolu taramalarda elde edeceğimiz datalarda ortamda bulunan  küçük ve kısa ekolu tüm metabolitler analize dahil olacağından karşımıza çıkacak olan spektrumda metabolit tepecikleri karışabilir.Uzun ekolu taramalarda daha düzgün ve doğruya en yakın metabolit tepecikleri karşımıza çıkacakatır.Sonuç olarak kısa ve uzun TE’li spektral analizler karşılaştırılarak veriler analiz edilmeye çalışılır.

 

Şimdi Beyin MRS uygulamalarını ve sekans kurulumlarına göz atalım;

SVS(single voksel spektroskopi)

Beyin dokusuna single voksel  spektroskopi kurulumu.Voksel’ler  15x15x15 mm boyutlarında alınmıştır.

Normal beyin dokusuna ait kısa eko’lu spektrum cho-NAA düzeylerine dikkat ediniz.

 

Grade IV glioblastoma ait kısa eko(35 ms) single voksel spektroskopi’ye ait analiz resmi.Cho pikine dikkat ediniz.Cho/NAA=5

Aynı kitleye ait uzun eko’lu( 144ms) single voksel spektral analiz.Cho,Naa ,Cr piklerine dikkat ediniz.

Cho/NAA= 3

Dikkat!!!

Single Voksel Spektroskopi sekansını kurarken kemik dokudan ve ventriküllerden (çünkü yoğun BOS var) uzak durmalıyız.Kemik doku ve yoğun BOS analiz öncesi shimming yaparken veya inceleme esnasında suyu veya yağı optimal olarak baskılayamayacağından spektrumlar kontaminasyonlu ve artefaktlı olur.Su ,spektrumda’’ 0 ‘’ppm olarak başlangıç noktası olarak kabul edildiğinden dolayı suyu baskılamak ve spektrumdaki yerini sabitlememiz diğer metabolitleri spektrumda yerine koyabilmek için önemlidir.

Multi voksel spektroskopi’de spektral analiz yapılacak olan saha belirlenir ve voksellere parçalanır.Her vokselden ayrı ayrı ölçüm yapılabilir.Saha içerisindeki sağlıklı dokudanda,patolojik olan dokudan da analiz yapılıp karşılaştırılabilir.Multi voksel spektroskopi’de daha homojen bir manyetik alan oluşturulması gerektiği unutulmamalıdır. MV spektroskopi’de taranan FoV alanı içersinden istediğimiz alanları tekrar seçerek kontaminasyonu en aza indirmiş oluruz.

 

MEME MR SPEKTROSKOPİ:

Bazen meme’de yer alan yer kaplayan lezyonlar içinde spktroskopi yapılabilir.Meme spektroskopisinde single voksel ve uzun ekolu spektral analizler kullanılması önerilir.

Burada malign-bening ayrımında kullanılan en önemli metaboit kolin(Cho)’dir.

Meme’deki yağ oranın fazla olması sebebi ile yağ baskılama çok önemlidir.Yağ baskılama için CHESS tekniği uygun olacaktır.

 

PROSTAT MR SPEKTROSKOPİ:

Erkeklerde en sık rastlanan prostat kanseri için MR’da prostat görüntüleme büyük önem taşır.Geçtiğimiz yıllarda multiparametrik prostat MR prokollerinden çıkarılan ve PİRADS(prostat imaging reporting and data system) kategorizasyonlarında kullanılmayan prostat spektoskopisi ,bazen bazı merkezlerde kullanılabilir.

 

KARACİĞER SPEKTROSKOPİSİ:

Günlük kullanımda olmasada karaciğer kitlelerinin ayırıcı tanısı için MRS ‘de kullanılabilir.

Karaciğer spektroskopisinde yağ ve su oranları ayrıca kolin ve kreatin metabolitleri ayırıcı tanıda işe yarabilir.

Karaciğer spektroskopisinde maddelerin yoğunluk haritalarıda çıkarılabilir.

Kullanıcı veya patolojik değişikliklere bağlı olarak uzun veya kısa eko’lu yada single veya multivoksel çalışmalar yapılabilir.

Aynı konvansiyonel karaciğer MR çalışmaları gibi nefes tutturmalı yada nefes kontrollü tetkikler yapılabilir.

Unutulmamalıdır ki; single voksel çalışmalar nefes tuturmalı yapılmalıdır.Multi voksel çalışmalar ise uzun olduğundan nefes kontrollü yapılabilir.

 

KAS SPEKTROSKOPİSİ:

*Genelde sporcu sağlığı gibi araştırma merkezlerinde kullanılır

*Rutinde pek de kullanımaz.

*İstemli çalışan çizgili kas gruplarına yapılır.

*Genelde alt ve üst extremitelere yönelik çalışmalar yapılır.

Kas spektroskopisini incelerken orta okul bilgilermize kısa bir dönüş yapalım.Kaslardaki hareket mekanizmasını başlatan  ve yüksek enerjiye sahip ATP( adenozin tri fosfat)molekülleridir.Bir fosfat bağı koparak yüksek enerji açığa çıkar ve ADP( adenozin di fosfat)’a dönüşürler.Bu nedenle kas spektroskopisini incelerken çokça fosfat bileşiklerini göreceğiz.

Ph:Fosoforetonolamin

Pc:Fosforkolin

GPE:Glisofosofretonolamin

GPC:Glisofosforkolin

Pcr:Fosfo kreatin