Neuroimagem em Psiquiatria – I

www.cardeon.com/ management.htm
Neuroimagem em Psiquiatria –
I - Princípios Básicos
Geraldo Busatto Filho
Departamentos de Psiquiatria e Radiologia - Universidade de Sao Paulo (USP)
Rodrigo A. Bressan
Departamento de Psiquiatria - Universidade Federal de Sao Paulo (UNIFESP)
Roteiro do Curso
www.cardeon.com/ management.htm
Princípios Básicos
1.
Conceitos em Neuroimagem
2.
Neuroimagem Estrutural
3.
•
Tomografia computadorizada (TC)
•
Ressonância magnética (RM)
Neuroimagem Funcional
•
•
Atividade Cerebral
•
Tomografia por emissão de pósitrons (PET)
•
Tomografia por emissão de fóton único (SPECT)
•
Ressonância magnética funcional (RMf)
Neuroquímica Cerebral
•
Tomografia por emissão de pósitrons (PET)
•
Tomografia por emissão de fóton único (SPECT)
•
Espectroscopia
www.cardeon.com/ management.htm
Kraepelin (1896), em sua
primeira descrição da
“demência precoce”:
•...The real nature of dementia praecox is totally obscure...
•...I consider likely that what we have is a tangible morbid process
occurring in the brain...
•...Morbid anatomy has so far been quite unable to help us here, but we
should not forget that reliable methods have not yet been employed in a
serious search for morbid changes...
Histórico
• Década de 1920:
• “Hidrocefalia interna” numa proporção expressiva de pacientes
avaliados através da pneumoencefalografia.
• 1976 – Johnstone et al, Lancet:
- Tomografia computadorizada de crânio realizada com protocolo de
aquisição estruturado em 18 pacientes com diagnóstico de
esquizofrenia crônica (medicados).
- Grupo controle de voluntários assintomáticos.
- Medidas planimétricas do volume dos ventrículos laterais realizadas
sobre os filmes das imagens.
-
Comparações estatísticas entre as medidas obtidas nos dois
grupos.
- Detecção de diferenças estatisticamente significativas entre os 2
grupos.
Neuroimagem na Psiquiatria
Histórico
• Década de 70 – a Psiquiatria redescobre o cérebro
• tomografia computadorizada (TC)
• comportamentos normais e anormais são mediados por uma
função neuronal
• avanço da psicofarmacologia
• Décadas de 80-90 - avanço das técnicas e avaliação
funcional
Conceitos em Neuroimagem
• Potencial
• Transformar a psiquiatria?
• mudança de paradigma – sindromico para
fisiopatológico
• Neuroimagem substitui a clínica?
• Modelo do EEG para a Neurologia
• Neuroimagem
• incorporada a clínica como um dos instrumentos
para entendimento dos transtornos psiquiátricos
Conceitos em Neuroimagem
• Estrutura vs. Função
• Ha uma correlação entre as estruturas do cérebro
e uma determinada função
• No entanto, alterações estruturais nem sempre se
correlacionadas a prejuízo desta função
• A plasticidade cerebral permite que a algumas
funções sejam exercidas por outras regiões
cerebrais
Conceitos em Neuroimagem
• Estrutura
• Neuroanatomia in vivo
• Função
• Atividade cerebral
• Fluxo sanguíneo
• Consumo de glicose
• Oxigenação
• Neuroreceptores e enzimas
Neuroimagem Estrutural
Investigação da anatomia cerebral
Anatomia
“post mortem”
Ressonância magnética
“in vivo”
Neuroimagem Estrutural
Tomografia Computadorizada (TC)
• Feixe de raios X emitidos por um tubo
que roda em torno da cabeça
• ondas eletromagnéticas que atravessam o
tecido
• cada tecido tem um coeficiente de absorção
www.thecancer.info/cancer/ young/tips.htm
(unidade Hounsfield-UH)
• computador:
bidimensionais
seqüência
de
imagens
Neuroimagem Estrutural
Ressonância Magnética (RM)
Conceitos
• Campo Magnético
•Ressonância
• Alinhamento
•Relaxamento
• Excitação
•Detecção da radiofreqüência
www.molecularimaging.vcu.edu/ MR.htm
Neuroimagem Estrutural
Ressonância Magnética (RM)
• Campo Magnético
• ima de grande potencia gera um campo magnético
• 1.5 Teslas (T) = 30.000 vezes maior do que o campo magnético da terra
• Alinhamento
• a rotação dos átomos de 1H ficam paralelos ao eixo do
campo magnético
• Excitação
• a RM emite um pulso na radiofreqüência do 1H
(Ex: 63,8MHz em 1.5 Teslas)
• confere → energia atomos 1H
Neuroimagem Estrutural
Ressonância Magnética (RM)
• Ressonância
•
1H
passam a vibrar em fase
• Relaxamento
• pulsos magneticos desligados
• atomos de 1H excitados retornam a posicao original
• produzem um sinal que é captado pelo aparelho
• o sinal decai exponencialmente numa taxa descrita por duas
constantes:
– T1 – relaxamento
– T2 – saida da fase
Neuroimagem Estrutural
RM Estrutural
•
1H
•
diferentes tempos relaxamento: s. branca, s. cinzenta e do líquor
•
contraste criado por estas diferenças gera a imagem
•
Constantes de relaxamento:
da água são excitados
T1 –- estrutural
T2 – edema e desmielinização
www.clg.niigata-u.ac.jp/ ldrad/exami/t2.jpg
Neuroimagem Estrutural
Ressonância Magnética (RM)
T1
T2
S. Branca
S. Cinzenta
Líquor
Gordura
Osso
Claro
Cinza
Escuro
Claro
Escuro
Escuro
Cinza
Claro
Escuro
Escuro
Sangue agudo
Sangue subagudo
Sangue antigo
Cinza
Claro
Escuro
Escuro
Variavel
Escuro
www.clg.niigata-u.ac.jp/ ldrad/exami/t2.jpg
Neuroimagem Estrutural
Tomografia Computadorizada (TC)
Ressonância Magnética (RM)
Vantagens
Vantagens
•
baixo custo
•
ótima resolução espacial
•
boa resolução para trauma:
•
ausência de radiação ionizante
•
capaz de fazer vários planos
• osso e sangue
em todas as orientações
Desvantagens
Desvantagens
•
•
•
alto custo
cérebro (ossatura espessa)
•
problemas com movimento
pouca distinção entre substancia
•
claustrofobia
Baixa
resolução
na
base
do
branca e cinzenta
•
radiação limita o numero de scans
Neuroimagem Estrutural
Aplicação Clínica
Tomografia Computadorizada (TC)
• Diagnóstico diferencial:
∙
TCE - trauma crânio-encefálico
∙
AVC-H-acidente vascular cer. hemorrágico
∙
Hematoma subdural ou epidural
Ressonância Magnética (RM)
• Demais questões – RM provê + informações
• Diagnóstico diferencial:
∙
Doença de Alzheimer
∙
Epilepsia temporal mesial
∙
AVC isquêmico antigo
∙
Esclerose múltipla
• Volumetria cerebral
AVC
Image
m de
TC
mostra
ndo
áreas
hipode
nsas
em
córtex
frontal
em
pacien
te com
históri
co
prévio
de
TCE
(acide
nte de
trânsit
Neuroimagem Funcional
• Ressonância Magnética –
• Espectroscopia
• Ressonância Magnética funcional (RMf)
• PET – tomografia por emissão de pósitrons
• SPECT – tomografia por emissão de fóton único
Neuroimagem Funcional
Ressonância Magnética (RM)
• Ressonância Magnética
funcional – RMf
• Espectroscopia
Neuroimagem Funcional
Espectroscopia - RM
RM estrutural
•
1H
- H20 (água) – em todo o cerebro
Graeme et al, Rev Bras Psiquiatr 2001
www.clg.niigata-u.ac.jp/ ldrad/exami/t2.jpg
Neuroimagem Funcional
Espectroscopia - RM
Espectros
• NAA (N-acetil aspartato)
• Cho (colina)
• Cr (Creatina/fosfocreatina)
•
7Litio
•
31P
•
19Fluor
(fosforo)
• Glutamato, GABA
http://www.rei.edu/centers/neuro/mrs.jpg
www.clg.niigata-u.ac.jp/ ldrad/exami/t2.jpg
Neuroimagem Funcional
Espectroscopia - RM
Aplicações Clínicas
• Epilepsia
• Doenças Metabólicas
• Canavan
• Doenças Mitocondriais
• Lesão Cerebral - Hipóxia-
isquemia
• Tumores do SNC
http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/ Part2_26c.html
Neuroimagem Funcional
Espectroscopia - RM
Aplicação Clínica
• Glioma –
↑colina (Cho)
↓n-acetil aspartato (NAA)
http://web.sapmed.ac.jp/radiol/MRS.jpg
Neuroimagem Funcional
RMf - Ressonância Magnética Funcional
Conceito: ↑ atividade neuronal ↔ ↑ fluxo sanguineo
Contraste BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) :
• diferentes propriedades magnéticas
• Oxi-Hb ↔ Desoxi-Hb
• resposta hemodinamica - 3-6 sec
http://www.siue.edu/~stuhols/fmri.jpg
Neuroimagem Funcional
RMf – efeito BOLD
Estado basal
vs.
leito caiplar
Ativado
arteriola
leito caiplar
arteriola
venula
venula
• Fluxo normal
• ↑Fluxo
• d-Hb normal
• ↓d-Hb normal (↓ gradiente de
campo magnético na região dos vasos)
• vol sanguíneo normal
• ↑ vol sanguíneo
• sinal MR normal
• ↑ sinal RM
Neuroimagem Funcional
RMf - Ressonância Magnética Funcional
• Tarefa controlada:
• estimulo
Estímulo
Ativação do
córtex occipital
www.stanford.edu/html/ teo/mri/sld004.html
• ativação ↔ desativação
mapa
estatístico
www.biomed.ee.ethz.ch/.../vorlesung_boe/ kapitel6/sld013.htm
Neuroimagem Funcional
RMf – mapeamento de funções normais
Função Motora polegares D e E
www.radiology.unimelb.edu.au/ mr/bold/
Neuroimagem Funcional
RMf
Tarefas cognitivas - linguagem
Gerando palavras
Pronuniando palavras
Ouvindo palavras
Lendo palavras
Neuroimagem Funcional
RMf - tarefas cognitivas
Lembrar um rosto
- córtex visual e frontal
Comparar um determinado rosto
com o rosto lembrado
- córtex visual, frontal e hipocampo
- novas áreas do córtex frontal
Pensar sobre o rosto
- hipocampo
www.berkeley.edu/news/media/releases/ 2000/11/20_mri.html
Neuroimagem Funcional
SPECT e PET
• Técnicas da medicina nuclear
• Radiotraçador / ligante radioativo
• Molécula com afinidade e especificidade para um determinado
receptor (Ex: traçador D2 – IBZM, raclopride)
• Marcado com isótopo radioativo
– PET → emite pósitrons – 11C, 18F
– SPECT → emite fótons únicos – 123I, 99Tc
• Ex radiotraçadores:
– PET - 18F-fluorodeoxiglucose(FDG)
– PET – [11C]-raclopride
123
– SPECT – [123I]-IBZM
–
SPECT
- 99mTc-HMPAO
www.sunmac.spect.upenn.edu/ research.html
O que se mede com PET
• Índices de atividade funcional:
• Fluxo sanguíneo cerebral regional (rCBF):
• Traçador mais comum: H215O
• Metabolismo de glicose:
Traçador:18F-fluorodeoxiglucose(FDG)
• Índices neuroquímicos (neuroreceptores, etc)
O que se mede com SPECT
• Fluxo sanguíneo cerebral regional (rCBF)
• Traçadores mais comuns:
99mTc-HMPAO
99mTc-ECD
123I-IMP
• Mapeamento de neuroreceptores
Neuroimagem Funcional
PET e SPECT
• Injeção do
radiotraçador
www.triumf.ca/welcome/ petscan.html
Neuroimagem Funcional
PET
www.vitalimaging.com/ 2ndpet-questions.htm
http://casino.cchs.usyd.edu.au/mrs/iaea/
Neuroimagem Funcional
SPECT
GAMA-RAY
www.tpub.com/doenuclearphys/ nuclearphysics15.htm
http://casino.cchs.usyd.edu.au/mrs/iaea/
Neuroimagem Funcional
SPECT
Colimador
www.physics.ubc.ca/~mirg/home/ tutorial/hardware.html
Neuroimagem Funcional
PET
vs.
SPECT
•
Resolução espacial ~ 4mm
•
Resolução espacial ~ 8-10mm
•
Medidas quantitativas
•
Medidas quantitativas
•
Traçadores de meia vida curta –
•
Traçadores de meia vida longa –
menor flexibilidade
•
Alto custo - ciclotron
maior flexibilidade
•
Baixo custo
Exposição a Radiação – limita a quantidade de scans
http://www.musc.edu/psychiatry/fnrd/primer_spectpet.htm
Padrão normal de metabolismo de glicose
- PET
Padrão normal de fluxo sanguíneo
cerebral - SPECT
Neuroimagem Funcional – PET
Fluxo Sanguíneo Cerebral
Paradigmas de investigacao funcionais
• Repouso
• Ativacao
• Estimulos: odor, dor, sonoro, visual, aversivos
• Cognitivas
• Psicofarmacologica
• Provocacao de sintomas
Neuroimagem Funcional – PET
Fluxo Sanguíneo Cerebral
Funções Sensorias Básicas
Linguagem
• tarefas com palavras
visual
auditivo
cognitivo
PRONUNCIANDO
memoria
GERANDO
motor
OUVINDO
VENDO
Postner and Raichle, Scientific American 1994
Neuroimagem Funcional – PET
Fluxo Sanguíneo Cerebral
Investigação de sintomas em transtornos
psiquiatricos
Alucinação auditiva
• paciente com esquizofrenia
www.dhushara.com/book/brainp/ brainil/brainil.htm
Neuroimagem Funcional – SPECT
Fluxo Sanguíneo Cerebral
Doença de Alzheimer –
hipoperfusão têmporo-parietal
Buchpiguel et al, Rev Bras Psiq 2001
[99Tc]-HMPAO SPECT
TOC – ↑pre-frontal e talamo
Lacerda et al., Rev Bras Psiquiatr 2001
Neuroimagem Funcional – SPECT E PET
Neuroquímica Cerebral - Receptores
Colinérgicos muscarínicos
Raedler et al., Am J Psychiatry 2002
Sistema Dopaminérgico
Volkow et al, PNAS 1997
Serotoninérgicos 5-HT2A
Travis et al., Br J Psychiatry 1998
Neuroimagem Funcional – SPECT E PET
Neuroquímica Cerebral - Farmacologia
Ocupação de receptores D2 por Antipsicóticos
0%
78%
100%
Sem Antipsicótico
~6mg/d haloperidol
~30mg/d haloperidol
[123I]-IBZM SPET
Bressan et al., Rev Bras Psiquiatria 2001
Neuroimagem Funcional
Ativação Cerebral
PET
RMf
Vantagens
Vantagens
•
Medidas diretas de oxigênio ou •
glicose
•
resolução espacial (mm)
resolução temporal (segundos)
•
ausência de radiação ionizante
•
flexibilidade no desenho
Dificuldades
Dificuldades
•
radiação limita o numero de scans
•
•
menor resolução espacial
•
resolução temporal (minutos)
resolução temporal muito aquém
do EEG (milisegundos)
Neuroimagem Funcional
Neuroquímica Cerebral
PET e SPECT
Espectroscopia - RM
• receptores
• concentração de moléculas
• transportadores
• NAA, colina, Li
• enzimas
• ausência de radiação ionizante
• maior sensibilidade
• flexibilidade no desenho
Dificuldades
Dificuldades
• discriminação entre moléculas
• falta de radiotraçadores
• ex: rec. glutamato
• exposição a radiação
• ex: glutamato/glicina
• campo magnético mais potente
• resolução espacial
• resolução temporal
• discriminação entre moléculas
Recursos de Neuroimagem no Brasil
•
TC: ampla disponibilidade
•
RM estrutural: em centros maiores, mas ampliação constante da
disponibilidade
• Espectroscopia: centros maiores
• RM funcional: centros de pesquisa
• SPECT:
• Fluxo sanguíneo cerebral: em centros maiores, mas ampliação
constante da disponibilidade
• Neuroquímico: em vias de desenvolvimento para pesquisa
• PET:
• Metabolismo de glicose: primeiras unidades instaladas em
grandes centros para uso clínico (oncologia).
Neuroimagem na Psiquiatria
Desafio
• neurofisiologia
• entendimento de neurocircuitos integrados
• fisiopatologia de transtornos psiquiatricos
Neuroimagem na Psiquiatria
Clínica
• diagnóstico diferencial
• diagnóstico
• D. Alzheimer,
• Epilepsia Temporal Mesial
Pesquisa
• grandes avanços
• enorme potencial