Den aldrende hjerne
-undersøgelse med avancerede
MR-teknikker
Egill Rostrup, MD, DMSc
Functional Imaging Unit,
Dep. of Clinical Physiology and Nuclear Medicine,
Glostrup Hospital, Copenhagen
Friday, 1 February 2013
Oversigt
Hvad er MR scanning?
✓ Hjernens anatomi
✓ Hjernevævets struktur
✓ Blodforsyning og
funktion!
Hjernen og aldring
✓ Hvorfor?
✓ Normal aldring
Aktuelle studier
✓ Patologisk aldring
✓ Metropolit kohorte
✓ Alzheimer i Europa
✓ Conclusion
Friday, 1 February 2013
Hvad er MR?
MR: Magnetisk Resonans
MRI: MR Imaging
MRS: MR Spektroskopi
Friday, 1 February 2013
Hvad er MR?
Huskelisten:
✓ Atom kerne med
non-zero spin
✓ En stærk magnet
✓ En radio-sender +
modtager
Friday, 1 February 2013
Ikk
e io
nis
ere
nde
Hvilke atom kerner
kan bruges?
• Et ulige antal protoner og/eller
neutroner
Nucleus
•
12C
Spin Quantum
No.
Resonance
Frequency at 1 T
[MHz]
1H
1/2
42.6
99.98
2D
1
6.5
0.02
13C
1/2
10.7
1.11
19F
1/2
40.1
100.00
23Na
1 1/2
11.3
100.00
31P
1/2
17.2
100.00
og 16O har spin 0
• 1H er hyppigst (H2O) og langt mest
anvendt i biologi
Friday, 1 February 2013
Natural
abundance %
Thermal equilibrium
Friday, 1 February 2013
Radiobølger giver Ekko
• Spin (1H i vand eller fedt)
kan exciteres med radiobølger
ved resonansfrekvens
• Idet ligevægt genvindes,
udsendes radiobølger af
samme frekvens
• Frekvens er proportional
med feltstyrke
Friday, 1 February 2013
Selektiv Excitation
• Skive lokalisation og tykkelse bestemmes
ved felt-gradient:
Friday, 1 February 2013
Selektiv Excitation
• Skive lokalisation og tykkelse bestemmes
ved felt-gradient:
Friday, 1 February 2013
Selektiv Excitation
• Skive lokalisation og tykkelse bestemmes
ved felt-gradient:
Friday, 1 February 2013
Selektiv Excitation
• Skive lokalisation og tykkelse bestemmes
ved felt-gradient:
Friday, 1 February 2013
Stedbestemmelse ved
hjælp af feltgradient
B0
Friday, 1 February 2013
MR Scanning
Friday, 1 February 2013
Hvad kan vi med MR?
Anatomi!
Kortex
tykkelse
Perfusion - CBF map
Funktionel
MR, håndens
områder
Spontan aktivitet - default mode network
Friday, 1 February 2013
kvantitativ Anatomi
• Høj-opløst 3D scanning
(1 mm3 voxels)
• Hjerne volumina opnås
manuelt eller automatisk.
• Specielle teknikker
(“sekvenser”) til f.eks.
- hvid substans forandringer
- (mikro)-blødninger
Friday, 1 February 2013
MR-Scanning i farver...
• Hjernens fiber
strukturer vises i
farver
• Retning angives
med rød, grøn, blå
Friday, 1 February 2013
Vand diffusion i
Hjernen er Anisotrop
Beaulieu 2002, 15,435
Friday, 1 February 2013
System i Fiberbanerne?
Van Wedeen, 2012, Science
Friday, 1 February 2013
System i Fiberbanerne?
Van Wedeen, 2012, Science
Friday, 1 February 2013
Oversigt
Hvad er MR scanning?
✓ Hjernens anatomi
✓ Hjernevævets struktur
✓ Blodforsyning og
funktion!
Friday, 1 February 2013
Når hjernen arbejder...
• CBF! !
+ 30-50%
• CBV!!
+ 30 %
• CMRO2! +! 5 %
• CMRglc! +! 50%
Friday, 1 February 2013
Fox et al. -86, -88
Hjernens Funktion & MR?
Det handler om:
Hemoglobin!!
BOLD- metoden: Blood Oxygenation Level Dependent
Friday, 1 February 2013
CM
RO
2
BOLD is sensitive to
Deoxyhemoglobin
rCBF
CM
RO
2
Resting condition, OEF~0.4
Activation, with marked increase in CBF,
- and some increase in CMRO2
CM
RO
2
rCBF
rCBF
Friday, 1 February 2013
Activation, with increase in CBF
CMRO2
- and CBV
Early Human study
Task related
activation
Flow-sensitive
BOLD
Kwong 1992, 5675
Friday, 1 February 2013
Aktivering vs Tomgang...
Spil for at vinde!
Afslapning
Friday, 1 February 2013
Spontane oscillationer
danner netværk
Damoiseaux 2008, p 1856
Friday, 1 February 2013
Default Mode Network
• Det indre liv...
Buckner, 2008, 1
Friday, 1 February 2013
Hjernen som netværk
• Netværks parametre kan beregnes både
fra strukturelle og funktionelle data
• Mulig korrelation med kognitiv funktion
VanDenHeuvel 2009, p7619
Friday, 1 February 2013
Oversigt
Hvad er MR scanning?
✓ Hjernens anatomi
✓ Hjernevævets struktur
✓ Blodforsyning og
funktion!
Hjernen og aldring
✓ Hvorfor?
✓ Normal aldring
✓ Patologisk aldring
Friday, 1 February 2013
Aldring er populært
• Befolknings
pyramider
ændrer form
• De
vestlige lande fører,
men
• Udviklingslandene
følger
med!
• Forventligt
tilsvarende
stigning i aldersrelaterede
sygdomme.
• At
forudsige og følge!
Thomas Söderqvist: IARU installation,
“An Aging World”, 2010
Friday, 1 February 2013
Atrofi, automatisk
analyse
• Normal aldring:
Frontale og
temporale område
Hutton 2009, p 371
• Mindst påvirket:
occipital og medial
temporal lap.
Fjell 2009, p 2001
Friday, 1 February 2013
Alzheimers Sygdom
• Gentagne scanninger
afslører hastig atrofi rate i
hukommelses relaterede
områder: hippocampus
Bastos Leite, 2004, p 369
Friday, 1 February 2013
Forandring i den
aldrende hjerne
•Deep White Matter
•Myelin loss
•Arteriolosclerosis
•Periventricular
•Loss of ependymal lining
•Visual grading systems:
• Grade 1
• Grade 2
• Grade 3
Fazekas 1993, p 1683
Friday, 1 February 2013
Vaskulær Demens
• Små-kars sygdom:
- Hvid substans
- Lakunære infarkter,
mikroblødning,
perivaskulære rum.
• Stor-kars sygdom:
- Territorielle infarkter
Friday, 1 February 2013
Alzheimers Sygdom og
hjernens blodforsyning
• AD skyldes primært
aflejring af Amyloid-!
• Nedsat flow kan hæmme
Amyloid-! clearance
• Nedsat flow og karreaktivitet ses ved både
AD and hypertension.
Appelman, 2008, p 633
Zlokovic, 2005, p 202
Friday, 1 February 2013
Jennings, 2005, p 1358
Hjernens Regionale
Blodforsyning
• Endogent
sporstof: H2O
• Magnetisering
af blod i
halskarrene
• Fordeling til
hjerneregioner
Friday, 1 February 2013
Funtionelle Studier
• Nedsat vaskulær reaktivitet
• Spontan aktivitet, Default Mode
- Nedsat synkronicitet i MCI and AD
- Synkronicitet nedsat i forhold til
symptomsværhed.
- Samme regioner som primært viser
nedsat perfusion hos AD patienter:
post. cingulate and parietal regions.
Friday, 1 February 2013
Oversigt
Hvad er MR scanning?
✓ Hjernens anatomi
✓ Hjernevævets struktur
✓ Blodforsyning og
funktion!
Hjernen og aldring
✓ Hvorfor?
✓ Normal aldring
Aktuelle studier
✓ Patologisk aldring
✓ Metropolit kohorte
✓ Alzheimer i Europa
✓ Conclusion
Friday, 1 February 2013
Metropolit Studiet
!
!
Cognitive function at military draft vs age 57
Friday, 1 February 2013
Foreløbige MR
Resultater
• Kontrol gruppe viser normal
hæmning af ikke-relevante
områder under aktivitet.
• Gruppe med fald i kognitiv
funktion viser uændret
aktivitet
• Task-induced deactivation er
en markør for ændring i
hjernefunktion på et tidligt
stadium.
Friday, 1 February 2013
Europæisk Samarbejde
om Perfusionsmåling
www.aslindementia.org/
Friday, 1 February 2013
Konklusion
✓ Magnetisk Resonans billeddannelse er baseret
på måling af vand-molekyler
✓ Talrige og forskellige dimensioner: anatomi,
mikrostruktur, blodforsyning, funktion
✓ Anvendes både klinisk og til forskning
www.ismrm.org
www.fiunit.dk
Friday, 1 February 2013
That’s all...
Friday, 1 February 2013