RADIOLOGY OF BRAIN TUMORS: STRUCTURE AND PHYSIOLOGY

J. Matthew Debnam, Leena Ketonen, Leena M. Hamberg, and George J. Hunter

Oleh : Sri Yuni

Pembimbing: dr. Risono, Sp.S(K)

BOOK REVIEW POLIKLINIK

2

1. Computed Tomographya. Computed Tomography Angiography and

Venographyb. Computed Tomography Perfusion

2. Magnetic Resonance Imaginga. Magnetic Resonance Angiography and

Venographyb. Magnetic Resonance Spectroscopyc. Magnetic Resonance Perfusion Imaging

3. Functional Magnetic Resonance Imaging4. Positron Emission Tomography5. Catheter Angiography

Materi :

3

• CT scan digunakan sebagai alat screening pada pasien dengan sequelae (efek massa dan herniasi) dan untuk menyingkirkan perdarahan dan yang lainnya(misalnya stroke akut)

• CT scan juga bisa digunakan pada pasien dengan matastasis yang tidak bisa manjalani MRI misalnya pada pasien dengan pace maker atau yang menggunakan peralatan metal.

1. COMPUTED TOMOGRAPHY

4

1.a. Computed Tomography Angiography and Venography

CT angiografi and venografi dengan cepat menggantikan kateter angiografi untuk evaluation arteri dan vena yang lebih proksimal dan struktur vena yang lebih besar pada kepala dan leher.

Indikasi angiografi pada pasien tumor adalah: untuk menyingkirkan trombus arteri proksimal

pada pasien dengan stroke-like symptoms, Untuk menilai suplai arterial dan drainase vena

pada tumor (gbr 3-1) untuk mendefinisikan lebih jauh anatomi arteri

dalam hubungannya dengan tumor (gbr 3-2) Untuk menilai vasa proksimal pada pasien

dengan vasculitis dan vasospasme.

5

6

7

8

• Pada sistem vena, venografi digunakan untuk menilai struktur anatomi vena dalam hubungannya dengan tumor seperti meningioma (gbr 3-3) untuk menyingkirkan trombosis vena

• CT angiografi dan venografi memiliki manfaat lebih besar dibandingkan cateter angiografi karena tidak invasif dan tidak memiliki komplikasi seperti diseksi, stroke, hematom

9

10

• Meskipun begitu CT angiografi dan venografi terbatas dalam mengevaluasi arteri dan vena distal dan struktur vena yang lebih kecil sehingga kateter angiografi akan melengkapi pemeriksaan

11

1.b. Computed Tomography Perfusion

• Dilakukan dengan injeksi agen kontras pada fokus volume tertentu jaringan otak dengan CT,dimulai sebelum agen kontras sampai pada pembuluh adarah dan dilanjutkan saat awal dan selama melalui otak.

• Dilakukan perhitungan parameter fisiologis : cerebral blood volume, tissue transit time, cerebral blood flow, dan permeabilitas jaringan.

12

• Dicontohkan oleh parameter yang mencerminkan kebocoran kontras dari pohon vaskular ke dalam tumor ( K1 ) atau kebocoran kontras dari jaringan tumoral kembali ke pohon vaskular ( k2 )

• Teknik ini digunakan untuk evaluasi tumor jinak dan ganas intrakranial dan dasar otakdan untuk menyelidiki gambaran patologis pembuluh darah yang muncul bersamaan pada pasien dengan malignansi primer intrakranial (gbr3-4)

13

14

2. MAGNETIC RESONANCE IMAGING

• MRI menggunakan frekuensi radio untuk mengeluarkan proton hidrogen di dalam medan magnet untuk menaikkan proton pada status energi tinggi

• Energi ini diterima oleh coil atau antena dan dikonversi dalam bentuk gambar

• Waktu yang diperlukan hidrogen proton untuk kembali pada resting state dinamakan relaxation time yang tergantung pada komposisi kimia jaringan

15

Standar pemeriksaan MRI jaringan otak : • T1-weighted • fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR)• diffusion weighted imaging

16

• T1-weighted sequence paling baik untuk menggambarkan anatomi normal dan bisa dilakukan dengan kontras yaitu gadolinium iv

• Gadolinium terakumulasi pada daerah dengan sawar otak yang rusak yang sering pada neoplasma

• The fast spin-echo T2-weighted sequence menggambarkan jaringan dengan konsentrasi air yang tinggi sebagai sinyal hiperintens

• FLAIR sequence : sinyal LCS ditekan sehingga meningkatkan gambaran lesi terutama sepanjang sistem ventrikel.

17

• diffusion-weighted imaging sequence, pergerakan proton melalui jaringan/rongga seperti rongga ekstrasel akan menurun sehingga menimbulkan sinyal hiperintens

• Penyebab umum hiperintensitas sinyal adalah infark akut, pada beberapa tumor seperti limfoma, dengan densitas sel padat

• Menurunnya difusi juga didapatkan pada abses cerebri yang dibedakan dengan nekrotik sentral yang tidak menggambarkan penurunan difusi

18

• T1-weighted postgadolinium sequences pada potongan axial, coronal, and sagital digunakan untuk mengidentifikasi karakter enhancement pada jaringan normal dan abnormal.

• Dimana dengan teknik ini tumor cenderung menyangat (enhanced) dibandingan jaringan otak normal.

• Teknik ini berguna untuk evaluasi lesi perdarahan metastatik atau melanoma

19

2.a. Magnetic Resonance Angiography and Venography

• Dengan MR angiografi pembuluh darah dan alirannya tampak lebih terang dari pada daerah sekitarnya

• MR venografi menggunakan time-of-flight sequence 2D,dimana jaringan diambil dalam irisan tipis multipel.

• MR arteriography menggunakan time-of-flight sequence 3D dimana volume jaringan diambil untuk memenuhi data yang diperlukan

• Data MR venografi dan angiografi direkonstruksi menjadi gambaran arteri dan vena dengan struktur 3D (gbr3-5)

• Sama seperti angiogram dan venogram konvensional menggunakan teknik yang disebut maximum intensity projection and volume rendering, dimana gambar ini diputar untuk mendapatkan penilaian vasa darah dari sudut yang berbeda.

20

21

22

• Sama halnya dengan dengan CT angiography, MR angiography dan venography dapat menilai pasokan arteri dan drainase vena tumor dan selanjutnya menentukan anatomi pembuluh darah dalam kaitannya dengan tumor (Gambar 3-6).

23

24

• Manfaat utama MR adalah penilaian arteri serebral dan sistem vena yang lebih unggul dari pada CT angiography, terutama pada pasien dengan gagal ginjal, dimana tidak memerlukan penggunaan radiasi atau iodinasi kontras material

• Meskipun begitu penulis lebih memilih CT angiografi dan venografi dibandingkan MR angiografi dan venografi karena memberikan resolusi yang superior pada gambaran vassa dan menghasilkan lebih sedikit artefak pada aliran lambat, turbulensi atau vassa bergerak

25

2.b. Magnetic Resonance Spectroscopy

• MRS membedakan jaringan otak normal dan abnormal dengan menganalisa metabolit pada otak dan menghitung rasionya

• Metabolit yang sering digunakan adalah N-acetylaspartate (NAA), choline, and creatine (gbr3-7)

• Pola metabolit pada otak normal sesuai usia telah diketahui dan bisa diprediksi, deviasi dari pola normal ini memberikan informasi tentang komposisi tumor,derajat malignansi perubahan tiap waktu.

26

27

• Aplikasi MRS pada pasien anak memerlukan pemahaman tentang perbedaan antara level aktivitas metabolik otak pada anak dan dewasa

• Pada pemeriksaan MRS puncak MRS tertinggi adalah NAA sebagai penanda densitas dan viabilitas neuron matur dan kadarnya penurunan pada jaringan tumor dikarenakan sel –sel tumor menggantikan neuron yang sehat

28

• Puncak cholin menggambarkan metabolisme membran sel

• Puncak cholin meningkat pada seluruh tumor otak primer dan sekunder

• Level aktivitas cholin dibandingkan dengan level aktivitas creatinin, peningkatan rasio cholin terhadap creatinin menunjukkan adanya tumor.

29

• Peningkatan level cholin juga tampak pada orang muda, otak dalam masa perkembangan dan pada penyakit demyelinasi yang sedang mengalami remyelinasi (misalnya pada multipel sclerosis dan acute disseminated encephalomyelitis)

• Pola khas high-grade malignancy adalah peningkatan rasio cholin terhadap creatinin dan penurunan puncak NAA (gbr3-8)

30

31

• Metabolit lain yang berguna untuk evaluasi malignansi intrakranial adalah laktat

• Adanya laktat mengindikasikan adanya metabolime jaringan telah berubah. Kondisi ini muncul pada lesi selular yang sangat aktif yang terjadi karena tidak mendapat suplai darah dan memasuki tahap metabolisme anaerob

• Tumor yang mengalami nekrotik akan menunjukkan metabolit lipid yang bisa diidentifikasi dengan MRS

32

• Pada tumor yang tidak diobati kehadiran lipid merupakan indikator high-grade malignancy

• MRS menganalisis metabolit dengan menggunakan voxel tunggal atau teknik multivoxel. Sebuah voxel adalah volume ditentukan di mana jaringan dinilai.

33

34

• Reliabilitas hasil MRS tergantung pada posisi voxel (gbr. 3-9)

• Lokasi ideal untuk volume sampel tunggal adalah pada sudut yang menyangat

• Masalah teknik: complex shimming long acquisition time complicated postprocessing artifacts related to the bone and air

35

36

• MRS bisa memfasilitasis diferensial diagnosis dari berbagai lesi otak dan memberikan informasi tentang karakteristik biologis tumor dan responnya terhadap terapi

• Perubahan dalam derajat malignansi juga bisa diamati dengan MRS

• Teknik pencitraan ini juga bisa digunakan untuk membedakan tumor yang rekuren (gambar 3-10) atau terapi yang telah menyebabkan kerusakan jaringan

• MRS bisa digunakan untuk membedakan abses dari lesi dengan bentuk cincin (ring-enhancing lesions) seperti pada tumor nekrotik

37

38

2.c. Magnetic Resonance Perfusion Imaging

• Menggunakan injeksi kontras gadolinium iv ke volume jaringan yang akan diperiksa, diamati saat sebelum dan selama kontras memasuki jaringan

• Ada 2 pendekatan yang Keduanya mengukur parameter : cerebral blood volume, tissue transit time, cerebral blood flow dan permeabilitas jaringan

(1) T2 atauT2-weighted images, memerlukan 60detik baik untuk mengukur transit times dan cerebral blood volume

39

(2) T1-weighted images (pendekatan dinamik) memerlukan beberapa menit untuk memvisualisasi fase ekstravaskuler penyangatan kontras yang tidak bisa diamati dengan cara pertama lebih sensitif untuk mengukur permeabilitas tumor

Analisis voxel didapatkan pemetaan distribusi cerebral blood volume, cerebral blood flow, mean tissue transit time dan tissue permeability(gbr.3-11) pada saat yang sama diinterpretasikan sebagai pencitraan anatomik konvensional dan data spektroskopis

40

Kegunaan MRP:

evaluasi tumor jinak maupun ganas intrakranial dan basis cranii

mengamati angiogenesis tumor berguna dalam grading primary brain neoplasia memonitor efek terapi terhadap proliferasi

neovascular Dalam pembedahan membantu dalam identifikasi

bagian tumor yang paling aktif sehingga bisa dipilih lokasi biopsi yang optimal

41

Figure 3–11. MR perfusion images using a T1-weighted, dynamic paradigm. There is a recurrent glioblastoma multiforme in the right parietal lobe with surrounding edema. (Top) The permeability map shows details of permeability changes due to tumoral angiogenesis. Note the variability of this process within the tumor. Areas of higher permeability (white) are considered to be sites of more active vascular proliferation than are those with low permeability(black) and therefore are considered to be more malignant. Central necrosis is evidenced by a lack of both blood volume and permeability. Normal brain lacks permeability but has normal blood volume.(Middle) The FLAIR preconstrast images show the extent of edema or gliosis around the tumor. (Bottom) Conventional T1-weighted postcontrast images show enhancement in the periphery.

42

3. Functional Magnetic Resonance Imaging

• Mendeteksi eloquent cortex yang berguna untuk tambahan dalam neurosurgical cortical mapping

• Area otak yang aktif selama aktivitas akan mengalami peningkatan aliran darah disebabkan peningkatan kebutuhan oksigen jaringan konsentrasi oksigen yang tinggi mengubah sinyal yang dihasilkan selama pemeriksaan MRI

43

• Perubahan sinyal ini diukur melalui blood oxygen level–dependent functional MRI technique dimana aktivitas bahasa dan motorik dinilai

• Selama pemeriksaan pasien ditempatlkan pada unit MRI dan diberi beberapa pertanyaan/tugas untuk meningkatkan aliran darah otak (gbr 3-12)

44

45

4. POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY

• Merupakan teknik dengan cara memasukkan cyclotron-produced fluoride 18-labeled fluorodeoxyglucose (FDG), yang akan berkompetisi dengan serum glukosa untuk diambil oleh sel

• Tumor menggunakan glukosa lebih banyak dibandingkan jaringan normal karena memilliki kebutuhan metabolik yang lebih tinggi.

46

• Saat FDG diambil oleh sel difosforilasi oleh enzim heksokinase yang akan memperlambat degradasi FDG oleh siklus glikolitik dan dan mengurangi kemampuan FDG untuk berdifusi diluar sel

• Sebagai tambahan peningkatan pemakaian glukosa, tumor meningkatkan transport protein dan enzim hexokinase menyebabkan akumulasi FDG yang lebih besar

• FDG meluruh dan memancarkan 2 foton, yang terdeteksi oleh scanner.

47

• Gambar-gambar yang kemudian diproduksi mencerminkan konsentrasi FDG dalam tumor dan pada parenkim otak normal yang berdekatan

• Kegunaan utama FDG PET pada otak adalah untuk menentukan apakah area di sekitar cekungan reseksi tumor merupakan rekurensi yang memiliki aktivitas metabolik dan uptake glukosa yang lebih tinggi (gbr.3-13) atau area nekrosis yang memiliki aktivitas metabolik dan uptake glukosa lebih rendah

48

49

• Sensitivitas FDG PET dalam mendeteksi dan nekrosis adalah 80-90% dan spesifisitas 50-90%

• Percobaan PET dengan menggunakan asam amino seperti tyrosine atau methionine sebagaimana cholin kemungkinan lebih akurat di masa depan meskipun teknik ini lebih mahal dan belum terbukti.

50

5. CATHETER ANGIOGRAPHY

• Metode ini adalah dengan melakukan injeksi bahan kontras ke dalam pembuluh darah besar di leher, kemudian dilakukan pencitraan fluoroskopi otak

• Ini merupakan metode lama untuk menilai pembuluh darah intrakranial

• Evaluasi struktur arteri proksimal dan vena besar telah digantikan dengan MR dan CT angiografi

51

• Teknik : menggunakan mikrokateter yang dimasukkan ke dalam pembuluh darah intracerebral oleh seorang ahli neuro-intervensi terlatih

• Prosedur ini sekarang digunakan untuk trombolisis pada oklusi arteri proksimal pada pasien dengan infark akut

• Pada pasien dengan kanker mikrokateter bisa diarahkan ke feeding vessel yang berada di proksimal neoplasma

52

• Teknik embolisasi ini bermanfaat terutama pada neoplasma hemangioblastomas, meningiomas dan hemorrhagic metastases

• Teknik ini juga digunakan untuk kanker kepala dan leher juvenile nasal angiofibromas dan paragangliomas) dan juga neoplasms tulang belakang

• Dengan embolisasi mengurangi kehilangan darah yang terjadi selama reseksi lesi

• Teknik mikrokateter ini juga bisa digunakan untuk memesukkan agen kemoterapi selektif ke dalam tumor

53

TERIMA KASIH

54

55

MRS