Single Voxel Proton MR Spectroscopy Methods and Applications in Neuropediatrics

Abstract

The purpose of this contribution is to introduce quantitative single voxel proton MR spectroscopy of the human brain as an easy-to-use method for a noninvasive assessment of cellular c;omposition and metabolism and to demonstrate its clinical potential in the field of neuropediatrics.The chosen approach transforms fully relaxed (TR = 6000 ms) short echo time (TE = 20 ms) proton MR spectra (STEAM localization sequence) into absolute metabolite concentrations by automatically fitting the raw data with a library of model spectra comprising all metabolites at known concentration (LCModel). The procedure includes total N-acetylaspartyl compounds as a marker for viable neuroaxonal tissue and myo-inositol as a purely glial constituent as well as total creatine, choline-containing compounds, glutamate and glutamine, and lactate.Extensive studies of brain disorders in childhood suggest the use of proton MRS as a promising tool for an in vivo histopathologic characterization of brain tissue. Typical metabolite patterns are observed for pathologic processes such as lactic acidosis, loss of functioning neurons, astrocytosis, myelin breakdown, or loss of oligodendrocytes. Examples deal with the diagnostic workup of enzyme deficiencies, demyelinating white matter diseases, and focal brain lesions. Spettroscopia protonica con risonanza magnetica Metodi e applicazioni in neuropediatriaSOMMARIO -Scopo di questo contributo e quello di introdurre l'analisi quantitativa degli spettri RM acquisiti a livello cerebrate come metodo di semplice utilizzo per la determinazione non invasiva della composizione cellulare e del metabolismo e per dimostrare il potenziale clinico di questo metodo nel campo della neuro-pediatria.L'approccio scelto trasforma spettri completamente rilassati (TR = 6s), acquisiti a tempi di eco brevi (TE = 20 ms) con la sequenza STEAM, in concentrazioni assolute dei metaboliti mediante "fitting" automatico dei dati con una libreria di spettri-modello contenenti tutti i metaboliti a concentrazioni note (LCModel). Questa procedura include i composti del N-acetilaspartato come marker del tessuto neuro-assonale, il mio-inositolo come marker della glia cos'i come la creatina totale, i composti della colina, il glutammato, la glutammina e l'acido lattico.Studi estensivi su malattie neurologiche nei bambini hanno mostrato come la risonanza magnetica spettroscopica sia uno strumento molto promettente per la caratteriz zazione istopatologica del tessuto cerebrate. Spettri caratteristici sono stati osservati per processi patologici quali l'acidosi lattica, la perdita di neu-' rani, l'astrocitosi, la rottura delle catene mieliniche o la perdita di oligodendrociti. Gli esempi di applicazioni della spettroscopia riportati nel testa riguardano il deficit di enzimi, le malattie demielinizzanti della materia bianca e le lesioni cerebrali focali. 7Single Voxel Proton MR Spectroscopy