Nicola Maria Atum Salandini , 18 Marzo 2011

1. Tecniche di Imaging a RisonanzaMagnetica basate sulla diffusionemolecolare (DWI, DTI) nelladiagnostica clinica Nicola Maria AtumSalandini, 18 Marzo 2011 Relatrice: Correlatrice: Prof.ssa Dott.ssa Paola Fantazzini Paola Berardi

2. La Diffusione Molecolare La diffusione consiste nel moto transazionale di molecole soggette a moto browniano, a causa della presenza di gradienti di concentrazione 1° legge di Fick Legge di continuità 2° legge di Fick Autodiffusione: Equazione di FokkerPlank Propagatore di diffusione

3. 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 =

4. DiffusionWeightedImaging (DWI) e Mappe ADC Immagine DWI L’intensità dipende dal valore di b Mappe ADC

5. DiffusionTensorImaging (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. FractionalAnisotropy ADC medio

6. Sistema utilizzato: hardware GE RM 1,5 T HDX-t SIGNA ADV Plus. Magnete superconduttivo K4 a 1,5 T GeneralElectric • 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). bobina corpo multicanale HNS, arraycoil HD 16 channel con 29 elementi Imaging Parallelo • ottimizza i tempi d’acquisizione • diminuisce gli artefatti • è applicabile a tutte le sequenze esistenti

7. Sequenze utilizzate • SPIN 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 eccitano • solamente una parte della magnetizzazione longitudinale. • bassi tempi d’acquisizione, produzione eco più rapida della SE, inoltre le immagini sono pesate in T2*< T2

8. 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

9. Esami effettuati Per ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini: Anatomica in T2

10. Esami effettuati Per ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini: ROI (2 -4 cm2) Matching mappa ADC con anatomica

11. Esami effettuati Per ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini: ROI (2 -4 cm2) Matching mappa FA con anatomica

12. Esami effettuati Per ogni paziente sono state ottenute mediante post processing delle immagini originali 4 tipi di immagini: : Trattografia reni sinistro e destro

13. 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. 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

14. Analisi statistica: il test di Student • Strumento statistico che permette di fare • inferenza sulla differenza tra le medie di due campioni indipendenti. • distribuzioni normali • unilaterale o a una coda • bilaterale o a due a code varianza associata dei due 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

15. Analisi statistica: il test ANOVA Generalizzazione del t-test nel caso si abbiano più di due classi a confronto 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) Test di Fisher (f-test) varianza tra le classi varianza intra lasse 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 %

16. Risultati Ottenuti Test di student 2 gruppi secondo valori creatinina Test ANOVA 4 gruppi secondo la classificazione del VFG Test di student NB: i valori di ADC sono (x E-09) VALORI MEDI: MASSIMI: MINIMI:

17. Risultati Ottenuti Test di student 2 gruppi secondo valori creatinina Test ANOVA 4 gruppi secondo la classificazione del VFG Test ANOVA NB: i valori di ADC sono (x E-09) VALORI MEDI: MINIMI:

18. 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 molecolare • rispetto 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