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08/03/2016 PROF. LONGO

NEURORADIOLOGIA

INTRODUZIONE

Tomografia computerizzata

Un tempo questa disciplina si avvaleva solo della

radiologia convenzionale, quindi per decenni c’è stata

la necessità di effettuare uno studio della scatola

cranica e della colonna vertebrale imperniato sull’uso

di mezzi di contrasto. Nel 1974 è stata inventata la

prima TC da Hounsfield, ingegnere della EMI, a

partenza dal progetto di uno scanner per computer.

Da quando esiste la TC si è spostato il paradigma,

mentre prima il contenuto della scatola cranica era

trasparente, con essa invece si sono “scoperte” le

densità intermedie. La TC resta una metodica

squisitamente radiologica in cui agli estremi abbiamo il

bianco (osso) e il nero (aria), ma in mezzo ci sono tutte

le densità intermedie (tonalità di grigio), invisibili alla

radiologia tradizionale, caratterizzata appunto da una

latitudine ristretta. Nella TC il sistema di rivelazione a

pellicola radiografica è stato sostituito con un sistema

di rivelazione a camere di ionizzazione, tutti gli impulsi

elettrici provenienti da queste sono poi elaborati da

un algoritmo, scritto dallo stesso Hounsfield e dal suo

collaboratore, che ricostruisce digitalmente, tramite

pixel e voxel, un’immagine analogica. Questo stesso

algoritmo è utilizzato in tantissime altre tecnologie in

cui ci si avvale di una ricostruzione digitale

dell’immagine, è alla base della stessa RM.

Lo stesso Hounsfield per differenziare le diverse

tonalità di grigio ha proposto una scala di densità che

vanno da un max= +1000, che è l’osso compatto

quindi il bianco assoluto, al min= -1000, il nero

assoluto, l’aria. Quindi abbiamo 2001 densità, lo 0

coincide perfettamente con la densità dell’acqua.

Tutto ciò che ha una densità maggiore dell’acqua è

detto iperdenso (osso, ecc.) viceversa sarà detto

ipodenso un tessuto a densità inferiore (grasso, ecc.).

La possibilità di analizzare le diverse densità dei tessuti

ha consentito di rivelarne la natura. La TC è una

tecnica che utilizza i raggi X ed è monofattoriale

perché si avvale di un solo parametro, la densità,

calcolando il valore di attenuazione dei fotoni X emessi

dal tubo radiogeno.

Oggi con i nuovi algoritmi e i nuovi computer viene

detta multiplanare. Mentre prima consentiva solo

delle fette assiali, oggi non si parla più solo di TAC ma

di TC. La TC consente l’analisi di strutture che abbiano

una densità adeguata, in particolare osso e sangue.

Risonanza magnetica nucleare

La RMN è stata inventata successivamente anche se il

principio fisico su cui si fonda è ben precedente, risale

infatti al 1946, agli studi di Bloch e Purcell. Il principio

della risonanza magnetica è la proprietà di un atomo

di Idrogeno immerso in un campo magnetico molto

intenso. L’atomo di idrogeno è costituito di fatto da un

elettrone, carico negativamente, che ruota attorno a

un nucleo, carico positivamente e costituito da un solo

protone. Quest’ultimo, essendo una carica elettrica

che ruota su se stessa, emette un campo magnetico,

identifichiamo quindi un polo nord e un polo sud. Una

volta inserito in un campo magnetico intenso si

orienterà secondo esso, il suo polo nord coinciderà col

nord del campo magnetico principale. Nel tomografo a

risonanza magnetica questo campo magnetico è

fornito da una grossa elettrocalamita, detta Gantry,

costituita da un avvolgimento di un filo conduttore,

Boro in questo caso, attorno a un rocchetto. Al

passaggio della corrente elettrica questo produce

un’intensità di campo magnetico molto elevata. Il

corpo umano presenta una quantità di idrogeno del

98% e tutti questi atomi si orienteranno secondo la

direzione del vettore campo magnetico principale, la

maggior parte di questi protoni avranno anche lo

stesso verso. Una parte invece, con energia maggiore

si orienterà in verso opposto. Questo sistema, così in

equilibrio, viene eccitato con un impulso

elettromagnetico, onde radio a 40 MHz, quindi gli

atomi acquistano energia e tendono a deflettersi

perpendicolarmente rispetto all’asse del campo

magnetico, al termine dell’impulso essi torneranno

alla situazione di equilibrio, paralleli al campo,

emettendo energia sotto forma di stesse onde radio.

Di fatto questa macchina è composta da

un’elettrocalamita e da un trasmettitore/ricevitore

radio. Il segnale proviene tutto dagli atomi di idrogeno

che possono essere praticamente quantificati, si

effettua quindi una spettroscopia senza distruggere il

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campione. La risonanza magnetica è stata utilizzata

solo successivamente ai fini medici ma di fatto è un

apparecchio per spettroscopia, permette di

quantificare la composizione atomica di un corpo, non

solo idrogeno ma anche altri elementi (fluoro, fosforo,

ecc.) perché ogni elemento ha un momento magnetico

caratteristico.

Quantificare gli atomi di idrogeno permette di

apprezzare la cosiddetta Densità protonica. Gli atomi

di idrogeno sono presenti in tutte le molecole del

nostro organismo, quindi il segnale di ritorno dipende

anche dal legame nella singola molecola e anche

questo potrà essere quantificato (ci sarà un segnale

caratteristico per l’acqua libera, uno per il grasso,

ecc.). Questa macchina dipende dall’idrogeno quindi in

larga misura dipende dall’acqua.

La RMN quindi è una metodica plurifattoriale, ogni

atomo di idrogeno infatti ha un orientamento

caratteristico sia sul piano parallelo al campo

magnetico principale sia su quello perpendicolare ad

esso, questo dipende dal legame molecolare in cui si

trova. Si può calcolare quindi, oltre la densità

protonica, DP, il cosiddetto T1, cioè il tempo di

rilassamento longitudinale, dovuto alle interazioni di

legame con le molecole circostanti (spin-reticolo), e il

T2, tempo di rilassamento trasversale, dovuto

all’interazione tra protoni vicini (acqua libera o legata).

In realtà esistono macchine più moderne che lavorano

secondo altri fattori, come la Diffusione o la

Suscettibilità magnetica. È una macchina multiplanare

anch’essa come la TC, lo stesso algoritmo si applica a

condizioni di iposegnale (nero) o ipersegnale (bianco).

L’immagine ottenuta è così specifica che consente di

discriminare tra i singoli tessuti. La RMN ha permesso

quindi un’ottima differenziazione tissutale senza

ricorrere l’esame macroscopico.

STUDIO DEL CRANIO

Un tempo la diagnosi di una patologia intracranica si

basava su un’analisi indiretta.

Come è facilmente evidenziabile dallo studio

paleontologico dello scheletro di varie specie di

ominidi la forma del cranio si è modificata con

l’evoluzione della nostra specie e fondamentalmente il

suo sviluppo si è adattato al suo contenuto.

L’anatomia è espressione plastica della funzione,

regola di Andrea Vesalio, fondatore dell’anatomia

moderna.

Per decenni si è studiato il cranio cercando di capire

dalla sua forma quale patologia potesse averla

modificata, con scarsissimi risultati. Furono stabiliti nei

secoli diversi piani e linee anatomiche di cui

ricordiamo due piani anatomici virtuali:

Piano orbito-meatale, passa a metà delle

orbite e al centro del meato acustico

interno;

Piano orizzontale tedesco, passa tangente

inferiormente alle orbite e superiormente al

meato acustico esterno.

Questi due piani di sezione del cranio sono utilizzati

in TC (piano OM) e in RMN (piano Or.Ted.). Abbiamo

così delle fette riproducibili e leggibili ovunque.

Con le tecnologie rudimentali di un tempo era

possibile solo supporre le patologie encefaliche,

come per esempio delle calcificazioni intracraniche

ventricolari in un bambino affetto da una gravissima

infezione perinatale da citomegalovirus, o la diagnosi

di un microcranio, in cui evidentemente il cervello

non si è sviluppato completamente.

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA

Attraverso la TC siamo passati dallo studio dell’osso

semplice ai tessuti cerebrali, visualizzati in diverse

tonalità di grigio.

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In TC abbiamo la possibilità di vedere il cranio secondo

diverse proiezioni e questo ha contribuito

enormemente all’accrescimento delle conoscenze

anatomiche. Nell’immagine è confrontato un cranio

secco con due immagini TC in proiezione assiale, l’una

con una finestra di visualizzazione solo dell’osso, l’altra

del tessuto cerebrale. Le due linee rosse tracciate

congiungono le cavità orbitarie e le rocche petrose e si

intersecano al centro, non sono altro che due linee di

trasmissione della forza. Questa X, recentemente

scoperta da un anatomico francese, corrisponde a una

regione centrale del cranio che comprende il forame

magno, attraverso cui passa il tronco dell’encefalo, i

canali carotidei, i canali ottici, la sella turcica. Essa

costituisce la porzione più solida e resistente di tutto

il cranio, una “fortezza” nel nostro organismo, che

assolve essenzialmente a una funzione di protezione di

quelle strutture vitali. Una frattura del basicranio è

riconducibile a un trauma certamente molto forte.

Con le tecniche di ricostruzione moderne, come la VRT

(volume rendering technique) abbiamo la possibilità

di fare un’analisi della superficie di un cranio,

tridimensionale, del tutto simile a un cranio secco.

Dal punto di vista anatomico identifichiamo una fossa

cranica posteriore separata attraverso il tentorio dalle

fosse craniche superiore e media. Dividiamo perciò il

cranio in una porzione sotto-tentoriale (cervelletto,

tronco dell’encefalo) ed una sovra-tentoriale (emisferi

cerebrali).

L’encefalo, estratto dalla scatola cranica, può essere

suddiviso in 3 grandi segmenti:

Telencefalo, il cervello propriamente detto,

costituito dai due emisferi cerebrali;

Mesencefalo;

Romboencefalo, costituito da cervelletto e

tronco dell’encefalo.

L’encefalo è strutturato in questo modo per via della

sua embriologia, in cui a partire da un tubo chiuso

posteriormente e anteriormente, si formano

anteriormente due grandi diverticoli, le vescicole

telencefaliche, molto recenti dal punto di vista

filogenetico, che daranno poi origine agli emisferi

cerebrali.

Nella stessa immagine, secondo un piano sagittale,

ottenuta mediante TC ed RMN il dettaglio anatomico

risulta completamente differente.

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In termini generali è identificabile osso, aria e tessuto

nervoso. Il cervello nel complesso è iperdenso ma

presenta delle cavità che hanno una densità più bassa,

ripiene di liquido, i ventricoli. Saranno poi visibili le

cavità dei seni paranasali, nere perché piene di aria,

ma anche il grasso retro-orbitale essendo ipodenso

apparirà più scuro del parenchima cerebrale.

Nel contesto del cervello ci sono poi porzioni più

chiare, corrispondenti alla corteccia, e porzioni più

scure, corrispondenti invece alla sostanza bianca,

essendo essa costituita principalmente da assoni,

rivestiti da mielina e quindi da grasso.

Il metabolismo cerebrale richiede essenzialmente

glucosio e ossigeno e questi sono assicurati ai neuroni

dagli astrociti, i quali li assorbono elettivamente dai

capillari costituendo la barriera emato-encefalica. Per

via di questo sistema i normali mezzi di contrasto

iniettati in vena si diffondono nelle arterie e nelle vene

ma non arrivano ai neuroni in condizioni fisiologiche.

Nel caso ad esempio si sia sviluppata una patologia

neoplastica invece, questa massa, data l’assenza di

differenziazione e quindi di barriera ematoencefalica,

si impregnerà col mezzo di contrasto.

RISONANZA MAGNETICA

La RMN è una tecnica multifattoriale, presenta sia una

componente squisitamente morfologica che una

funzionale.

In RMN l’acqua libera presente nei ventricoli sarà

scura perché ha un segnale basso, il cervello presenta

una doppia componente: una periferica, la corteccia,

che ha un segnale basso e una più centrale, la sostanza

bianca, che presenta invece un segnale molto elevato

per via della presenza di molti lipidi e quindi appare

bianca, iperintensa. È così possibile fare una prima

differenziazione tra sostanza bianca e sostanza grigia

molto accurata e dall’elevatissimo valore diagnostico.

Le varie immagini, corrispondenti a tante fette,

possono poi essere ricostruite tridimensionalmente

attraverso la tecnica del VRT, rendendo perfettamente

identificabili le varie circonvoluzioni, i giri, separati tra

loro dai solchi. Vi sono solchi particolarmente ampi, le

scissure che suddividono il cervello in lobi, come la

scissura di Silvio, che separa il lobo frontale dal

temporale, o la scissura di Rolando, tra frontale e

parietale. In prossimità di quest’ultima si trovano il

giro frontale ascendente, con l’aria motoria primaria,

e il giro parietale ascendente, con l’aria sensitiva

primaria. Attraverso questa ricostruzione di superficie,

a partire da quelle scansioni T1, il neurochirurgo riceve

una vera e propria mappa.

In sezione il cervello presenta delle strutture

immediatamente evidenti, i ventricoli, cavità piene di

liquor. Esternamente al cervello troviamo le strutture

di rivestimento delle meningi, dura madre, aracnoide

e pia madre. Il liquor cefalorachidiano, che permette

praticamente al cervello di galleggiare all’interno della

scatola cranica, diminuendone il peso, circola nello

spazio sub-aracnoideo, tra aracnoide e pia madre, e

all’interno delle cavità ventricolari.

I ventricoli laterali si trovano nei due emisferi, hanno

una forma particolare, con un corno temporale, uno

occipitale e uno frontale, due comunicazioni i Forami

di Monro, il terzo ventricolo o ventricolo mediano,

l’acquedotto di Silvio, il quarto ventricolo, tra

cervelletto e tronco dell’encefalo. Questi ventricoli

sono pieni di liquor, cioè di acqua sostanzialmente

libera, e quindi sono ben apprezzabili in RMN.

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In una scansione secondo un piano sagittale è ben

visibile questo complesso, l’acquedotto di Silvio

nell’immagine appare come una stria bianca perché è

presente acqua in movimento all’interno, tutto ciò che

si muove è ipercinetico e in RMN cambia segnale.

Il liquor viene prodotto dai plessi corioidei, che si

trovano nei ventricoli laterali, esce dal quarto

ventricolo attraverso 3 fori, i due fori di Luschka,

lateralmente e il foro di Magendie medialmente, ed

entra nello spazio subaracnoideo per poi dirigersi giù

verso la colonna vertebrale attraverso cui risale e

arriva alla cisterna magna, bagna cervelletto e ancora

tutto l’encefalo per poi essere riassorbito in alto dalle

granulazioni del Pacchioni, parte dell’aracnoide,

attraverso le quali passa nelle vene cerebrali e quindi

nel circolo sistemico per poi ritornare ali plessi

corioidei, che essendo delle strutture simili ai

glomeruli effettuano una filtrazione e ricomincia il

circolo.

In RMN abbiamo la possibilità di selezionare solo il

segnale proveniente dall’acqua libera, vedremo quindi

la circolazione del liquor.

Un’altra struttura evidente in sezione sono i nuclei

della base, in particolare il Corpo Striato. Esso è

composto da due grossi nuclei di sostanza grigia al

centro dell’emisfero, il nucleo caudato e il nucleo

lenticolare. Questi due nuclei sono connessi da dei

sottili tralci di sostanza grigia. Nelle sezioni

anatomiche si usava colorare questi campioni con la

colorazione di Weigert, che mostrava in nero le

strutture nucleari e la corteccia. Tra i tralci passa la

capsula interna, costituita da tutti i fasci di fibre che

arrivano alla corteccia compattati.

La capsula interna ha un elevato contenuto di

fosfolipidi, essendo sostanza bianca, mentre in TC

apparirà come una sottile stria scura a forma di C tra

talamo, caudato e nucleo lenticolare, in RMN invece si

vede benissimo come una stria bianca.

Il segnale della guaina mielinica, dovuto

essenzialmente all’elevato contenuto di fosfolipidi, è

emesso dopo un tempo caratteristico e calcolabile,

pari a 250 ms dopo la

sospensione dell’impulso

radio. Somministrando un

altro impulso radio dopo

quell’intervallo di tempo è

possibile cancellare il segnale

emesso dalla mielina, che

apparirà quindi nera. Questa

sequenza, detta inversion

recovery, permette

praticamente una

colorazione in vivo del tutto

simile a quella istologica. La

capsula interna risulta così

perfettamente evidente

come è possibile anche

identificare persino il Fascio

mammillo-talamico di Vicq

d’Azyr, un puntino nero

all’interno del talamo.

All’interno del cranio esiste una varietà di strutture

concentrate in spazi piuttosto ristretti, come a livello

della regione ipofisaria, dove è possibile identificare

osso, dura, aracnoide, arterie, vene, nervi, ipofisi e

ipotalamo. Un tempo l’analisi di queste strutture era

attuabile solo verniciando col mezzo di contrasto il

liquor tramite puntura lombare, oggi si può fare un

Idrografia in RMN, che evidenzia per esempio solo il

segnale proveniente dal liquor.

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Inoltre in RMN possiamo fare fette molto sottili, da 0,7

mm e si può esaltare la componente liquida

cancellando quasi l’immagine del cervello. Il liquor

sarà bianco iperintenso e avremo praticamente un

calco di tutti gli spazi sub-aracnoidei. Tutte queste

immagini possono essere poi ricostruite

tridimensionalmente con la VRT e scegliendo il punto

di vista praticamente simulano una navigazione

endoscopica virtuale dentro le cisterne.

Questo tipo di studio ha rivoluzionato la chirurgia nei

conflitti vascolo-nervosi. Infatti, superata una certa

età, il cervello riduce il suo volume e tende a spostarsi

leggermente verso il basso, per cui i nervi e le arterie

soprattutto, se presente arteriosclerosi, tendono a

toccarsi, determinando una nevralgia. Tramite questa

tecnica il neurochirurgo può facilmente identificare la

posizione dell’arteria e analizzare l’approccio migliore

per spostarla.

A partire da un’acquisizione di 160 fette da 0,7 mm

sagittali, assiali e coronali, è possibile evidenziare

selettivamente e con colori diversi le diverse strutture,

talamo, putamen, capsula interna, ecc. Attraverso la

ricostruzione digitale tridimensionale il risultato finale

sarà l’identificazione spaziale dei nuclei della base con

una precisione millimetrica e una differenziazione tra

di essi.

Attraverso la RMN è possibile identificare anche i vasi

all’interno delle strutture encefaliche. Essi avranno un

contrasto fortissimo perché il sangue che entra in una

singola fetta eccitato dall’impulso radio, essendo in

movimento, viene sostituito da sangue che non ha

ricevuto quello stesso impulso, perciò il sangue

circolante apparirà privo di segnale. A differenza della

TC quindi non è necessario usare mezzi di contrasto. In

RMN infatti, cancellando tutta l’immagine del cervello,

si può ottenere un’immagine puramente angiografica

grazie all’elevato contrasto, si parla di Angio-RMN.

Attraverso questa tecnica si possono identificare ad

esempio dei vasi ostruiti o degli aneurismi, come

anche dei tumori altamente vascolarizzati. Questa

tecnica è molto utile anche per la donazione degli

organi, poiché consente di stabilire la morte cerebrale.

Uno dei dati più importanti è infatti l’assenza di circolo

cerebrale.

RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE

Le tecniche di risonanza magnetica funzionale sono:

Diffusione;

Perfusione;

Funzionale propriamente detta;

Spettroscopia.

La Diffusione è uno studio delle molecole in

movimento. Il movimento di ioni attraverso la

membrana cellulare testimonia un funzionamento

della pompa Na/K e quindi la vitalità cellulare.

L’immagine di diffusione è rapidamente interpretabile

e si può calcolare il Coefficiente di Diffusione, un indice

numerico preciso del danno e della distinzione tra

acuto e cronico.

Una caratteristica particolare dell’acqua libera è la

presenza dei cosiddetti moti Browniani, presenti anche

nel nostro organismo, dove però si accompagnano ai

moti direzionali. Tra questi il più caratteristico è il

moto che avviene tra lo spazio intercellulare e quello

intracellulare per mantenere l’omeostasi, grazie

all’azione della pompa sodio-potassio. Questa pompa

è ATP dipendente, perciò se non c’è glicolisi e non

viene prodotto ATP la pompa si ferma e l’acqua si

accumula. In RMN la direzionalità dell’acqua

determina un segnale caratteristico: se l’acqua si

ferma ha un segnale elevato, se l’acqua si muove ha

un segnale basso. Questa sequenza si dice pesata in

Diffusione. Nel cervello sostanzialmente l’acqua ha

due siti di direzionalità ben precisa: tra la cellula (il

neurone) e lo spazio extracellulare e all’interno delle

fibre nervose, in cui l’acqua scorre. Possiamo vedere

quindi se la cellula è morta perché non funziona più la

pompa Na/K, ma anche nelle fibre in che direzione

scorre l’acqua e identificare quindi il decorso delle

stesse fibre.

La diffusione più bassa si ha quando la pompa è ferma

quindi il cervello è in ischemia, che può essere

diagnosticata così molto precocemente. In TC ad

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esempio l’ischemia si vede solo dopo 24 ore, mentre

con questa RMN pesata in diffusione la si vede subito

e la si può ben localizzare. Quando l’acqua entra nella

cellula ischemica essa si gonfia, fase di edema

citotossico.

Rispetto ad una sequenza pesata in T2 ad esempio, in

quella in diffusione è evidente la porzione a elevato

segnale bianca che corrisponde al focolaio ischemico.

Questo elevato segnale è espressione di ischemia in

fase iperacuta.

Sequenze pesate in diffusione (DWI):

Diffusione elevata= basso segnale (liquidi-

necrosi)

Diffusione intermedia= medio segnale

(tessuto cerebrale normale)

Diffusione bassa= elevato segnale (ischemia,

pus, tessuto ipercellulare)

Esiste anche la possibilità di identificare le fibre

nervose evidenziando l’acqua che scorre in esse con

una sequenza di diffusione specifica che consente di

rilevare la direzione di questo flusso e effettuare una

ricostruzione di superficie. Questa tecnica è detta

Trattografia.

Con questa tecnica possiamo analizzare in dettaglio le

singole fibre e le connessioni tra i due emisferi o nello

stesso emisfero. Oggi esistono delle tecniche ancora

più specifiche con algoritmi ancora più precisi. Ogni

singolo colore identifica la direzione del flusso e quindi

la direzione delle fibre, da un lato all’altro in rosso,

dall’alto verso il basso in blu, da avanti verso dietro in

verde.