Risonanza magnetica funzionale (fMRI)

 

Contatto:

Dott.sa Barbara Tomasino, phD, b.tomasino@fz-juelich.de

In collaborazione con Dott.sa Majeron, mmaieron@mail.dstb.uniud.it

                                      Dott. Weis, luca.weis@libero.it

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Perché si esegue un esame con la Risonanza Magnetica funzionale?
Il rischio di una resezione chirurgica dipende anche dalla prossimità della lesione alle aree funzionalmente eloquenti, ovvero le aree cerebrali che sono coinvolte nello svolgimento di un determinato compito cognitivo come parlare, leggere, percepire una figura, muovere una parte del corpo e via dicendo. La Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica di imaging biomedico non-invasiva che fornisce una mappa delle aree cerebrali funzionalmente eloquenti.
 
L’informazione fornita dalla fMRI può aiutare il neurochirurgo a verificare se, all’interno della lesione o nelle sue vicinanze, persiste un’attività funzionale e a pianificare pre-operatoriamente l’approccio chirurgico ottimale. Intra-operatoriamente, aiuta il neurochirurgo ad orientarsi fornendo informazioni strutturali e funzionali.       
In questo paziente, ad esempio, l’attività cerebrale collegata al movimento della bocca è stata localizzata a ridosso della lesione.
 
       
 Che differenza c’è tra Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) e la funzionale (fMRI)?
La Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) fornisce immagini che evidenziano le strutture cerebrali. La Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) permette di mappare quali aree cerebrali si attivano durante l’esecuzione di un determinato compito, come parlare, muovere una mano e via dicendo.
  
 
  
L’immagine a sinistra mostra l’anatomia cerebrale (MRI). Nell’immagine a destra si osserva l’attivazione della rappresentazione cerebrale della mano durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi delle mani (fMRI).
    
Come funziona?
La fMRI è una tecnica che utilizza le proprietà magnetiche dei nuclei degli atomi costituenti la materia e il nostro corpo. I segnali di risonanza delle molecole magnetizzabili vengono misurati mediante l’aiuto di campi magnetici e onde radio. Quando eseguiamo un compito (ad esempio un movimento della mano, la lettura di una parola, la percezione di una figura) alcune aree cerebrali specifiche vengono reclutate per lo svolgimento del compito. Le aree che vengono reclutate nel compito sono anche quelle in cui viene bruciato più ossigeno. Di conseguenza varia il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nelle aree reclutate dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica e tradotta in immagini utilizzabili in pratica. Queste aree, dal punto di vista del segnale di risonanza, sono caratterizzate dal cosiddetto effetto BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent).
 
Più dettagli: cosa significa dire che un’area del cervello “si attiva”?
L’attivazione corticale è associata con l’afflusso di emoglobina ossigenata in eccesso. L’ossiemoglobina, non paramagnetica, espelle la deossiemoglobina paramagnetica dai capillari e dalle venule in prossimità dei distretti attivi, ed in questo modo viene variato il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nei distretti reclutati dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica. Il segnale BOLD viene determinato dalla variazione delle proporzioni tra ossi- e deossiemoglobina nel sangue che irrora la corteccia (queste due molecole hanno comportamenti magnetici molto diversi) e tradotto in immagini utilizzabili in pratica
 
Come avviene l’esame fMRI?
Durante l’esame la testa del paziente viene posizionata in una bobina a radiofrequenza. Durante le misurazioni il tessuto cerebrale è esposto ad un campo magnetico e a brevi sequenze di onde radio. Il campo magnetico (1.5 Tesla) e le onde radio non vengono percepiti dal paziente. Le onde radio fanno oscillare le molecole nei tessuti. Queste molecole oscillando emettono dei segnali, cioè risuonano. I segnali emessi vengono rilevati e successivamente analizzati da un computer.
Le immagini di attivazione che vediamo non sono delle foto istantanee perchè la fMRI, a differenza della MRI su cui comunque si basa, non produce immagini dirette di quello che avviene nel cervello. Sono frutto di un’elaborazione di dati (statistica) e raffigurano un effetto secondario dell´attività neuronale (che è molto più rapida). Sono delle mappe della distribuzione di questo effetto su tutto il cervello. Ecco perchè è importante che il paziente in esame collabori e ripeteta lo stesso semplice compito, in modo da consentire l´elaborazione statistica dei dati che li trasforma in mappa 3D.
  
                                         
 
Durante l’esame di fMRI il paziente si stende su un apposito lettino, in una posizione confortevole, e viene introdotto all’interno dell’apparecchiatura. Il paziente è in continuo contatto con il personale e con il medico. Durante le misurazioni è estremamente importante mantenere la testa ferma il più possibile perché i movimenti disturbano l’acquisizione delle immagini. Un esame ha una durata generalmente compresa tra 30 minuti e 1,5 ore. I pazienti eseguono vari test come visione di video, ascolto di suoni, percezione, memorizzazione, e premono alcuni pulsanti
   
Prima dell’esame di Risonanza funzionale.
I pazienti vengono sottoposti ad una valutazione delle funzioni cognitive, ovvero delle funzioni linguistiche, di memoria, visuo-percettive, attentive - di controllo e motorie. In tal modo è possibile rilevare la presenza di deficit cognitivi preoperatori e programmare quali siano i compiti più idonei da sottopporre durante l’esame di risonanza al paziente esaminato. 
     
Durante l’esame di Risonanza funzionale.
Durante l’acquisizione delle immagini ai pazienti viene chiesto di eseguire dei semplici compiti. Si alternano delle fasi di riposo con delle fasi attive di svolgimento di un compito. Infatti, l’attività neurale che è associata con un compito cognitivo specifico viene rilevata mediante il confronto tra le fasi di riposo e le fasi attive che si alternano a blocchi.
               
 
Quali compiti esegue il paziente?
Vengono dunque utilizzati dei semplici compiti in grado di attivare le aree cerebrali responsabili. I compiti vengono scelti in base alla localizzazione ed estensione della lesione e in base alla valutazione delle funzioni cognitive eseguita prima della Risonanza. Le immagini e le istruzioni vengono presentati mediante speciali occhialini posizionati sugli occhi del paziente. Gli stimoli possono essere visivi (delle figure, dei filmati o delle frasi da leggere) o uditivi (dei suoni, delle parole o delle frasi), oppure tattili (mediante stimolazione tattile del dorso della mano destra o sinistra). I pazienti devono eseguire un compito, ad esempio contare, e a volte devono rispondere premendo uno di due pulsanti con la mano destra.
 
Alcuni esempi dei compiti che utilizziamo e le attivazioni corrispondenti
Localizzazione dell’area motoria primaria: lo scopo è di identificare la rappresentazione corticale della mano, del piede e della bocca, in modo da evitare di toccare, durante l’intervento, tali aree, diminuendo così il rischio di creare paresi. Il paradigma utilizzato alterna fasi attive di movimenti ripetitivi della mano, del piede o della lingua, con fasi di riposo, in cui il paziente non deve fare nulla eccetto stare fermo e rilassarsi.
Localizzazione delle aree linguistiche: i compiti linguistici possono i) determinare la dominanza emisferica per il linguaggio e ii) localizzare le aree corticali linguistiche. I compiti che utilizziamo includono la denominazione di oggetti o di azioni oppure la conta, in cui al paziente viene chiesto di contare da 1 a 10 ad alta voce o semplicemente in maniera silente, ovvero nella sua mente senza verbalizzare.
 
 
 
Nelle figure in alto si osserva l’attivazione della rappresentazione della mano durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi delle mani o durante l’immaginazione di movimenti: nel caso in cui il paziente non può muovere l’arto superiore a causa di paresi o disturbi di esecuzione del movimento, sarebbe impossibile far eseguire al paziente tale compito. Allora utilizziamo una strategia diversa: quella di chiedere al paziente di immaginare di muovere la propria mano. La semplice immaginazione o simulazione mentale di un movimento è sufficiente a far attivare la rappresentazione corticale della mano. Un’ulteriore strategia è quella di chiedere al paziente semplicemente di osservare un video che mostra una mano in movimento.
In basso si osserva l’attivazione della rappresenazione cerebrale del piede durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi del piede sinistro e l’attivazione della rappresentazione della bocca durante i movimenti della bocca. Nelle due figure in basso a destra si osserva l’attivazione durante la conta e durante la denominazione silente, in cui i pazienti devono semplicemente pensare il nome corrispondente alla figura di un oggetto o di un azione.

 

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