Orientador: Gabriela Castellano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Landim_RicardoCesarGiorgetti_M.pdf: 17116375 bytes, checksum: 1ddc2a2b2cc8da480f9f40a006e4144a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: As variações metabólicas que ocorrem no cérebro subjacentes á ativação neuronal ainda estão longe de ser bem compreendidas e, portanto, constituem objeto de estudo de grande interesse por parte da comunidade cientifica da área. Uma forma de estudar estas variações é por meio da técnica de espectroscopia funcional por ressonância magnética (functional Magnetic Resonance Spectroscopy - fMRS), na qual espectros de uma dada região cerebral são coletados de forma dinâmica, enquanto o indivíduo é sujeito a algum estimulo sensorial ou tarefa cognitiva. Em particular, o N-acetil-aspartato (NAA) _e o metabólito que gera o principal pico encontrado em espectros cerebrais de espectroscopia por ressonância magnética utilizando o núcleo do hidrogênio. Na verdade, este pico provém do próprio NAA (90%) e também de um derivado deste, o N-acetil-aspartil-glutamato (NAAG). Em experimentos de fMRS realizados por nosso grupo, foi encontrada variação de NAA e NAAG no córtex visual de indivíduos normais, quando estes são sujeitos á apresentação de um estimulo visual. Porem, as variações do sinal de MRS do NAA em experimentos de fMRS são um assunto controverso na literatura da área, pois há trabalhos que apontam para sua variação com o estímulo e outros que dizem que não há variações. Além disso, os trabalhos existentes na literatura mediram a variação conjunta de NAA e NAAG. Dessa forma, para elucidar o que acontece com estes metabólitos durante a ativação cerebral seria interessante medí-los separadamente. O objetivo principal deste trabalho foi, portanto, realizar experimentos de fMRS nos quais estes metabólitos pudessem ser medidos de forma independente, através da implementação da sequência de pulsos MEGA-PRESS, que separa as contribuições do NAA e NAAG já no momento da medida. Os experimentos foram realizados em sujeitos saudáveis durante estimulação visual. Foram realizados vários testes para se padronizar o pré -processamento e duas metodologias foram utilizadas. Diversas quantificações foram feitas e como resultado foram encontradas variações de NAA (diminuição) e NAAG (aumento) durante o estímulo. Os resultados concordam com os apresentados em dois dos três trabalhos similares encontrados na literatura, e também com os resultados anteriores de nosso grupo. A diminuição de NAA pode ser explicada através da hipótese de que ele funcione como uma bomba de _agua molecular, enquanto que a produção de NAAG concorda com o fato de que este metabólito _e um neuropeptídeo que é liberado nas sinapses e atua como modulador para a liberação de certos neurotransmissores, e também concorda com modelos para o metabolismo energético que apontam para este metabólito como relacionado á resposta hiperêmica vascular que origina o sinal BOLD / Abstract: Metabolic changes that occur in the brain underlying neuronal activation are still far form being understood and, therefore, are a subject matter of great interest for the scientific community of this research field. One way to study these variations is through the technique of functional Magnetic Resonance Spectroscopy (fMRS), in which spectra from a given brain region are collected dynamically, while the volunteer is subject to some sensory stimulus or cognitive task. In particular, N-acetyl-aspartate (NAA) is the metabolite that generates the main peak found the MR spectra of the brain using the hydrogen nucleus. Indeed, this peak originates from NAA itself (90 %) and also from a derivative thereof, N-acetylaspartyl-glutamate (NAAG). In fMRS experiments performed by our group, NAA and NAAG changes were found in the visual cortex of normal individuals when they are subject to a visual stimulus. However, the MRS signal variations of NAA in fMRS experiments are a controversial subject in the literature, since there are studies that point to its variation with the stimulus and others that show that there is no variation. In addition, the existing works measured the joint NAA and NAAG variation. Thus, to elucidate what happens to these metabolites during brain activation it would be interesting to measure them separately. The main objective of this study was, therefore, to perform fMRS experiments in which these metabolites could be measured independently by implementing the MEGA-PRESS pulse sequence, which separates the NAA and NAAG contributions at the time of measurement. The experiments were performed in healthy subjects during visual stimulation. Several tests were performed to standardize the preprocessing and two methods were used. Several quantifications were made and as result NAA and NAAG variations (decrease and increase, respectively) were found during the stimulus. The results agree with those presented in two out of three similar studies found in the literature, and also with the previous results from our group. The NAA decrease may be explained through the hypothesis that it works as a molecular water pump, whereas the NAAG production agrees with the fact that this metabolite is a neuropeptide that is released at the synapses and acts as a modulator for the release of certain neurotransmitters, and also agrees with models for energy metabolism that point to this metabolite as related to the vascular hyperemic response that originates the BOLD signal / Mestrado / Física / Mestre em Física

A depressão pós-parto (DPP) tem sido associada com alterações no funcionamento do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal (HHA), mas pouco se sabe do envolvimento de estruturas cerebrais, ou outros mecanismos subjacentes a estas alterações. Uma hipótese fundamental é que o estresse inerente ao período puerperal, vulnerabilidade individual e, principalmente, as alterações hormonais decorrentes do final da gravidez desempenham um importante papel causal nas alterações do eixo HHA e na incidência da DPP. Estudos sobre o transtorno depressivo maior mostram que alterações funcionais em áreas cerebrais como o giro do cíngulo anterior (GCA) estão relacionadas com humor deprimido, e outros pesquisadores investigaram a relação entre a neuroquímica do GCA e a atividade do eixo HHA. Pesquisas sobre genes de interesse do eixo HHA também têm reportado associações entre polimorfismos nestes genes e alterações nos níveis de cortisol. O presente trabalho testou a hipótese de que mulheres deprimidas no puerpério remoto apresentariam atenuação no funcionamento do eixo HHA, medido pelos níveis de cortisol em 30 minutos após o despertar (CAR) e ao longo da variação diurna (VD); e também que polimorfismos em um gene do eixo HHA, o gene promotor do receptor do tipo 1 do hormônio liberador de corticotrofina (CRHR1), estariam associados com sintomas depressivos no puerpério para prever os níveis de cortisol; e finalmente que as alterações verificadas no funcionamento do eixo HHA de puérperas deprimidas teriam relação com a neuroquímica do GCA. Os resultados indicaram que (1) ao redor do sexto mês após o parto, o CAR e a VD estavam atenuados em puérperas deprimidas comparadas com puérperas eutímicas, e com controles saudáveis não-puérperas; (2) os metabólitos presentes no GCA tinham correlação com as medidas do eixo HHA nas puérperas deprimidas; e (3) a presença de sintomas depressivos em associação com polimorfismos do CRHR1 previram alterações nos níveis de cortisol. No geral, estes resultados sugerem que as alterações do eixo HHA de puérperas deprimidas no puerpério tardio estão associadas com fatores genéticos e com a neuroquímica funcional do GCA / Postpartum depression (PPD) has been associated with changes in the functioning of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, but little is known about the involvement of brain structures, or other mechanisms underlying these changes. A key assumption is that stress inherent to the puerperal period, individual vulnerability, and especially the hormonal changes resulting from the end of pregnancy play an important causal role in the alterations of the HPA axis and in the incidence of PPD. Studies on major depressive disorder show that functional changes in brain areas, such as the anterior cingulate gyrus (ACG), are related to depressed mood, and other researchers investigated the relation between the neurochemistry of the ACG and the activity of the HPA axis. Research on the HPA axis genes of interest have also reported associations between polymorphisms in these genes and changes in cortisol levels. The present study tested the hypothesis that depressed women in the remote postpartum period would show attenuation in the functioning of the HPA axis, measured by cortisol levels 30 minutes after awakening (cortisol awakening response, CAR) and by diurnal variation (DV) throughout the day; and also that polymorphisms in a gene of the HPA axis, the promoter gene of the corticotropin releasing hormone receptor type 1 (CRH-R1), would present association with depressive symptoms in the postpartum period to predict the levels of cortisol; and finally that the changes in the functioning of the HPA axis of postpartum depressed women have a relationship with the neurochemistry of the ACG. Results indicated that (1) around the sixth month after delivery, CAR and DV were attenuated in depressed postpartum women compared with euthymic postpartum women and with non-postpartum healthy control women; (2) metabolites present in the ACG showed correlation with measures of the HPA axis in depressed postpartum women; and (3) the presence of depressive symptoms in association with CRHR1 polymorphisms predicted changes in cortisol levels. Overall, these results suggest that changes in the functioning of the HPA axis of depressed postpartum women in the remote postpartum period are associated with genetic factors and with the functional neurochemistry of the ACG

A depressão periparto (PPD) é subtipo altamente prevalente e subdiagnosticado do transtorno depressivo maior (MDD), e causa um importante sofrimento para a mulher, sua família e seu filho. Uma interação complexa entre hormônios, neurotransmissores e fatores genéticos e ambientais pode estar envolvida na etiologia da PPD. Contudo, estudos de neuroimagem na PPD ainda são escassos, particularmente os que identificam alterações neuroquímicas. Sabe-se que a região do córtex pré frontal dorsolateral (dlPFC) está relacionada à funções executivas no circuito pré frontal, e juntamente com o giro do cíngulo anterior (ACG) faz parte das vias neuronais envolvidas no processamento emocional, desde a geração, regulação e reavaliação do estado afetivo. Existem evidências de que ambas as áreas estejam disfuncionais na MDD. A avaliação neuroquímica obtida pela espectroscopia de próton por ressonância magnética (MRS) permite inferir o metabolismo, a neurotransmissão e a viabilidade do tecido neuronal de interesse destas áreas fronto-límbicas. Objetivo: comparar puérperas com depressão periparto (grupo PPD) com puérperas saudáveis (grupo HP) quanto à avaliação neuroquímica no dlPFC esquerdo e no ACG bilateral. Métodos: 36 puérperas do grupo PPD e 25 puérperas do grupo HP foram submetidas à duas entrevistas psiquiátricas estruturadas e à aplicação de questionários e escalas psicométricas, sendo a segunda avaliação realizada seccionalmente à MRS. A MRS foi adquirida pro MRI com campo de 3 Tesla, estando o volume de interesse (VOI) posicionado no dlPFC esquerdo e no ACG bilateral e processada pelo software LCModel. Os resultados neuroquímicos expressos em valores absolutos e normalizados pela creatina (razão metabólito/creatina) foram analisados por ANCOVA, incluindo a idade, o tempo de puerpério e o tipo de contraceptivo, enquanto covariáveis. Resultados: No dlPFC, o grupo PPD apresentou menores valores de Glu/Cr (-0,17; p=0,05), Glx (-0,95 mM; p=0,04), Glx/Cr (-0,22; p=0,03), NAA (-0,60 mM; p<0,01), e NAA/Cr (-0,13; p=0,02) em relação ao grupo HP. No ACG, o uso de hormônios contraceptivos somente com progestágenos resultou em um aumento dos valores de Glu (2,18 mM; p=0,03), Glx (1,84 mM; p=0,03), e redução de Cho/Cr (-0,08; p=0,03) quando comparados ao grupo que não utilizou somente progestágenos, independentemente dos grupos HP e PPD. Conclusão: Os níveis reduzidos de Glu e NAA no grupo PPD estão relacionados, respectivamente, à disfunção metabólica glutamatérgica e neuroglial no dlPFC, o que pode explicar sintomas cognitivos também relacionados à PPD, tal como já verificado no MDD. O uso de hormônios contraceptivos com progestágenos isoladamente interferiu com a neuroquímica do ACG, mas não se relacionou com a PPD. Embora o aumento do glutamato possa sugerir uma hiperfuncionalidade do ACG, e a redução da Cho/Cr representar diminuição de \"turnover\" da membrana lipídica ou da transdução sináptica, seu significado clínico e fisiopatológico ainda é incerto. Estes resultados contribuem com a compreensão dos substratos neuroquímicos de PPD / Peripartum depression (PPD) is a highly prevalent subtype of major depressive disorder (MDD) related to a significant loss for mother, family and baby. An Interaction between hormones, genetic, and environmental factors must be involved in its etiology. However, neuroimaging studies on PPD are still rare, particularly those that identify neurochemical changes. However, neuroimaging studies in PPD are still rare, particularly those that identify neurochemical changes. It is known that the region of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) is related to executive functions in the prefrontal circuit, and together with the anterior cingulate gyrus (ACG) is part of the neural pathways involved in emotional processing, including the generation, regulation, and reappraisal of affective state. And, there is evidence that both areas are dysfunctional in MDD. The neurochemical evaluation obtained by spectroscopy of proton magnetic resonance (MRS) allows to infer metabolism, neurotransmission and the viability of the neuronal tissue of interest these frontal-limbic areas. Objective: Compare postpartum women with peripartum depression (PPD group) with healthy postpartum women (HP group) regarding the neurochemical evaluation in the left dlPFC and bilateral ACG. Methods: 36 postpartum women of PPD group and 25 postpartum women of the HP group were subjected to two structured psychiatric interviews and questionnaires and psychometric scales, with the second evaluation performed sectionally at MRS. The MRS was obtained by 3-T MRI system with the volume of interest (VOI) positioned on the left dlPFC and bilateral ACG and processed by LC Model software. The neurochemical results expressed in absolute values and normalized by creatine (reason metabolite/creatine) were analyzed using ANCOVA, including age, postpartum time, the type of contraceptive as covariates. Results: In the dlPFC, PPD group presented significantly lower values of Glu/Cr (-0.17; p=0.05), Glx (-0.95mM; p=0.04), Glx/Cr (-0.22; p=0.03), NAA (-0.60mM; p<0.01), and NAA/Cr (-0.13; p=0.02) than HP. In ACG, progestogens isolated contraceptive hormones use resulted in significantly increased Glu (2.18mM; p=0.03), Glx (1.84mM; p=0.03), and reduced Cho/Cr (-0.08; p=0.03), compared to women without use them, regardless of diagnostic groups. Conclusions: The reduced levels of Glu and NAA in the PPD group are related respectively to the glutamatergic and neuroglial metabolic dysfunction in the dlPFC, which may explain cognitive symptoms also related to PPD as already verified in MDD. Progestogens isolated contraceptive hormones use interfered with neurochemistry of ACG, but not associated with PPD. Although the increase of glutamate may suggest an overactive ACG, and lower Cho/Cr represent decrease of the lipid membrane turnover or synaptic transduction its clinical and pathophysiological significance remains uncertain. These results contribute to the understanding of the neurochemical substrates of PPD

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A depressão pós-parto (DPP) tem sido associada com alterações no funcionamento do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal (HHA), mas pouco se sabe do envolvimento de estruturas cerebrais, ou outros mecanismos subjacentes a estas alterações. Uma hipótese fundamental é que o estresse inerente ao período puerperal, vulnerabilidade individual e, principalmente, as alterações hormonais decorrentes do final da gravidez desempenham um importante papel causal nas alterações do eixo HHA e na incidência da DPP. Estudos sobre o transtorno depressivo maior mostram que alterações funcionais em áreas cerebrais como o giro do cíngulo anterior (GCA) estão relacionadas com humor deprimido, e outros pesquisadores investigaram a relação entre a neuroquímica do GCA e a atividade do eixo HHA. Pesquisas sobre genes de interesse do eixo HHA também têm reportado associações entre polimorfismos nestes genes e alterações nos níveis de cortisol. O presente trabalho testou a hipótese de que mulheres deprimidas no puerpério remoto apresentariam atenuação no funcionamento do eixo HHA, medido pelos níveis de cortisol em 30 minutos após o despertar (CAR) e ao longo da variação diurna (VD); e também que polimorfismos em um gene do eixo HHA, o gene promotor do receptor do tipo 1 do hormônio liberador de corticotrofina (CRHR1), estariam associados com sintomas depressivos no puerpério para prever os níveis de cortisol; e finalmente que as alterações verificadas no funcionamento do eixo HHA de puérperas deprimidas teriam relação com a neuroquímica do GCA. Os resultados indicaram que (1) ao redor do sexto mês após o parto, o CAR e a VD estavam atenuados em puérperas deprimidas comparadas com puérperas eutímicas, e com controles saudáveis não-puérperas; (2) os metabólitos presentes no GCA tinham correlação com as medidas do eixo HHA nas puérperas deprimidas; e (3) a presença de sintomas depressivos em associação com polimorfismos do CRHR1 previram alterações nos níveis de cortisol. No geral, estes resultados sugerem que as alterações do eixo HHA de puérperas deprimidas no puerpério tardio estão associadas com fatores genéticos e com a neuroquímica funcional do GCA / Postpartum depression (PPD) has been associated with changes in the functioning of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, but little is known about the involvement of brain structures, or other mechanisms underlying these changes. A key assumption is that stress inherent to the puerperal period, individual vulnerability, and especially the hormonal changes resulting from the end of pregnancy play an important causal role in the alterations of the HPA axis and in the incidence of PPD. Studies on major depressive disorder show that functional changes in brain areas, such as the anterior cingulate gyrus (ACG), are related to depressed mood, and other researchers investigated the relation between the neurochemistry of the ACG and the activity of the HPA axis. Research on the HPA axis genes of interest have also reported associations between polymorphisms in these genes and changes in cortisol levels. The present study tested the hypothesis that depressed women in the remote postpartum period would show attenuation in the functioning of the HPA axis, measured by cortisol levels 30 minutes after awakening (cortisol awakening response, CAR) and by diurnal variation (DV) throughout the day; and also that polymorphisms in a gene of the HPA axis, the promoter gene of the corticotropin releasing hormone receptor type 1 (CRH-R1), would present association with depressive symptoms in the postpartum period to predict the levels of cortisol; and finally that the changes in the functioning of the HPA axis of postpartum depressed women have a relationship with the neurochemistry of the ACG. Results indicated that (1) around the sixth month after delivery, CAR and DV were attenuated in depressed postpartum women compared with euthymic postpartum women and with non-postpartum healthy control women; (2) metabolites present in the ACG showed correlation with measures of the HPA axis in depressed postpartum women; and (3) the presence of depressive symptoms in association with CRHR1 polymorphisms predicted changes in cortisol levels. Overall, these results suggest that changes in the functioning of the HPA axis of depressed postpartum women in the remote postpartum period are associated with genetic factors and with the functional neurochemistry of the ACG

A depressão periparto (PPD) é subtipo altamente prevalente e subdiagnosticado do transtorno depressivo maior (MDD), e causa um importante sofrimento para a mulher, sua família e seu filho. Uma interação complexa entre hormônios, neurotransmissores e fatores genéticos e ambientais pode estar envolvida na etiologia da PPD. Contudo, estudos de neuroimagem na PPD ainda são escassos, particularmente os que identificam alterações neuroquímicas. Sabe-se que a região do córtex pré frontal dorsolateral (dlPFC) está relacionada à funções executivas no circuito pré frontal, e juntamente com o giro do cíngulo anterior (ACG) faz parte das vias neuronais envolvidas no processamento emocional, desde a geração, regulação e reavaliação do estado afetivo. Existem evidências de que ambas as áreas estejam disfuncionais na MDD. A avaliação neuroquímica obtida pela espectroscopia de próton por ressonância magnética (MRS) permite inferir o metabolismo, a neurotransmissão e a viabilidade do tecido neuronal de interesse destas áreas fronto-límbicas. Objetivo: comparar puérperas com depressão periparto (grupo PPD) com puérperas saudáveis (grupo HP) quanto à avaliação neuroquímica no dlPFC esquerdo e no ACG bilateral. Métodos: 36 puérperas do grupo PPD e 25 puérperas do grupo HP foram submetidas à duas entrevistas psiquiátricas estruturadas e à aplicação de questionários e escalas psicométricas, sendo a segunda avaliação realizada seccionalmente à MRS. A MRS foi adquirida pro MRI com campo de 3 Tesla, estando o volume de interesse (VOI) posicionado no dlPFC esquerdo e no ACG bilateral e processada pelo software LCModel. Os resultados neuroquímicos expressos em valores absolutos e normalizados pela creatina (razão metabólito/creatina) foram analisados por ANCOVA, incluindo a idade, o tempo de puerpério e o tipo de contraceptivo, enquanto covariáveis. Resultados: No dlPFC, o grupo PPD apresentou menores valores de Glu/Cr (-0,17; p=0,05), Glx (-0,95 mM; p=0,04), Glx/Cr (-0,22; p=0,03), NAA (-0,60 mM; p<0,01), e NAA/Cr (-0,13; p=0,02) em relação ao grupo HP. No ACG, o uso de hormônios contraceptivos somente com progestágenos resultou em um aumento dos valores de Glu (2,18 mM; p=0,03), Glx (1,84 mM; p=0,03), e redução de Cho/Cr (-0,08; p=0,03) quando comparados ao grupo que não utilizou somente progestágenos, independentemente dos grupos HP e PPD. Conclusão: Os níveis reduzidos de Glu e NAA no grupo PPD estão relacionados, respectivamente, à disfunção metabólica glutamatérgica e neuroglial no dlPFC, o que pode explicar sintomas cognitivos também relacionados à PPD, tal como já verificado no MDD. O uso de hormônios contraceptivos com progestágenos isoladamente interferiu com a neuroquímica do ACG, mas não se relacionou com a PPD. Embora o aumento do glutamato possa sugerir uma hiperfuncionalidade do ACG, e a redução da Cho/Cr representar diminuição de \"turnover\" da membrana lipídica ou da transdução sináptica, seu significado clínico e fisiopatológico ainda é incerto. Estes resultados contribuem com a compreensão dos substratos neuroquímicos de PPD / Peripartum depression (PPD) is a highly prevalent subtype of major depressive disorder (MDD) related to a significant loss for mother, family and baby. An Interaction between hormones, genetic, and environmental factors must be involved in its etiology. However, neuroimaging studies on PPD are still rare, particularly those that identify neurochemical changes. However, neuroimaging studies in PPD are still rare, particularly those that identify neurochemical changes. It is known that the region of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) is related to executive functions in the prefrontal circuit, and together with the anterior cingulate gyrus (ACG) is part of the neural pathways involved in emotional processing, including the generation, regulation, and reappraisal of affective state. And, there is evidence that both areas are dysfunctional in MDD. The neurochemical evaluation obtained by spectroscopy of proton magnetic resonance (MRS) allows to infer metabolism, neurotransmission and the viability of the neuronal tissue of interest these frontal-limbic areas. Objective: Compare postpartum women with peripartum depression (PPD group) with healthy postpartum women (HP group) regarding the neurochemical evaluation in the left dlPFC and bilateral ACG. Methods: 36 postpartum women of PPD group and 25 postpartum women of the HP group were subjected to two structured psychiatric interviews and questionnaires and psychometric scales, with the second evaluation performed sectionally at MRS. The MRS was obtained by 3-T MRI system with the volume of interest (VOI) positioned on the left dlPFC and bilateral ACG and processed by LC Model software. The neurochemical results expressed in absolute values and normalized by creatine (reason metabolite/creatine) were analyzed using ANCOVA, including age, postpartum time, the type of contraceptive as covariates. Results: In the dlPFC, PPD group presented significantly lower values of Glu/Cr (-0.17; p=0.05), Glx (-0.95mM; p=0.04), Glx/Cr (-0.22; p=0.03), NAA (-0.60mM; p<0.01), and NAA/Cr (-0.13; p=0.02) than HP. In ACG, progestogens isolated contraceptive hormones use resulted in significantly increased Glu (2.18mM; p=0.03), Glx (1.84mM; p=0.03), and reduced Cho/Cr (-0.08; p=0.03), compared to women without use them, regardless of diagnostic groups. Conclusions: The reduced levels of Glu and NAA in the PPD group are related respectively to the glutamatergic and neuroglial metabolic dysfunction in the dlPFC, which may explain cognitive symptoms also related to PPD as already verified in MDD. Progestogens isolated contraceptive hormones use interfered with neurochemistry of ACG, but not associated with PPD. Although the increase of glutamate may suggest an overactive ACG, and lower Cho/Cr represent decrease of the lipid membrane turnover or synaptic transduction its clinical and pathophysiological significance remains uncertain. These results contribute to the understanding of the neurochemical substrates of PPD

A precisão e acurácia dos métodos mais utilizados atualmente de processamento de dados de espectroscopia por Ressonância Magnética (MRS), baseados na Transformada de Fourier (FT), requerem supressão apropriada (o que está longe de ser trivial) e aquisições longas para a obtenção de alta resolução espectral. Além disso, a FT tem dificuldades quando faltam dados no domínio de tempo, como, por exemplo, pela redução do tempo de aquisição, e consequente número de pontos adquiridos. Isto pode ocorrer, também, por artefatos na aquisição ou, ainda, seja pela exclusão intencional dos primeiros pontos do sinal para a eliminação de ressonâncias largas que estão distorcendo a linha de base no domínio da frequência. Neste estudo, propomos a utilização do Método de Diagonalização na Base de Krylov (KBDM) como uma alternativa a FT para algumas de suas limitações. O método ajusta sinais de experimentos de Free Induction Decay (FID) por uma soma de funções harmônicas complexas, amortecidas exponencialmente, permitindo uma fácil manipulação dos seus parâmetros de caracterização. O KBDM é numericamente mais efetivo para análise de sinais truncados e tem diversos recursos que possibilitam remover picos de forma mais eficiente, como por exemplo, o pico residual da água. Além disso, foi introduzida a possibilidade de quantificação de dados de MRS com o método. Para avaliar a sensibilidade, eficiência e reprodutibilidade do método para quantificar e analisar sinais truncados, foi proposto fazer simulações de espectros clínicos e experimentos em phantoms que representassem o ambiente metabólico do cérebro, para MRS de próton de diferentes níveis de ruídos e para pequenas variações do N-acetil aspartato (NAA). Com estes estudos pôde se comprovar a viabilidade do método para processar dados de MRS e verificar seu potencial na complementação das técnicas atualmente empregadas, especialmente quando uma resolução espectral e temporal maior que o limite imposto pela Relação de Incerteza do formalismo de Fourier é necessária. Além disso, uma desejável facilidade de manipulação de picos específicos (por exemplo, exclusão e quantificação) é proporcionada pelo método. Como perspectivas animadoras deste trabalho esperamos a introdução do KBDM como uma técnica eficiente e coadjuvante ao Imageamento de Ressonância Magnética funcional (fMRI), auxiliando estudos de funções cerebrais, em sequências de MRS para identificar uma rápida variação das linhas associadas as atividades metabólicas dos cérebros. / The precision and accuracy of the most widely used methods to perform Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) data processing based on the Fourier Transform (FT), require appropriate suppression (which is far from trivial) and long acquisitions to obtain high spectral resolution. Furthermore, FT poses difficulty when there are missing data in the time domain. This occurs because of reduction of the acquisition time and consequently also in the number of acquired points, or because of artifacts during acquisition, or even intentional exclusion of the first signal points for the elimination of broad resonances that are producing the distorted baseline in the frequency domain. In this study, we propose the use of the Krylov Basis Diagonalization Method (KBDM) formalism as an alternative to some of FT limitations. The method adjusts signals of Free Induction Decay (FID) experiments with a sum of complex harmonic functions, exponentially damped, allowing easy manipulation of its characterization parameters. The KBDM is numerically more effective for truncated signal analysis and has several features that make it possible to remove peaks more efficiently, such as the residual water peak. Moreover, we introduced the possibility of quantification of MRS data with the described method. To evaluate the sensitivity, efficiency and reproducibility of the method for quantifying and analyzing truncated signals, and through the clinical spectra simulations and experiments in phantoms that would represent the brain metabolic environment, we proposed to perform proton MRS at different noise levels and with small variations of N- acetyl aspartate (NAA) metabolite. These studies allowed to prove the feasibility of the method to process MRS data and verified its potential in complementing techniques currently employed, especially when a greater temporal and spectral resolution is required, more than the limit imposed by the Uncertainty Relation of FT formalism. Furthermore, it is also a desirable effortless tool of handling specific peaks (e.g., exclusion and quantification). Exciting prospects from this work include the introduction of KBDM as an efficient and adjuvant technique to functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), for studying the brain functions, in MRS sequence to identify rapid variation in spectroscopic lines associated to metabolic activities in the brain.

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joserobertolopesferrazfilho_tese.pdf: 1409103 bytes, checksum: de6715f2f3059b0c5617f571b89bfdbd (MD5) Previous issue date: 2011-10-21 / Neurofibromatosis type 1 (NF1) in children and adolescents is frequently associated with the appearance of focal lesion hyperintensities on T2-weighted images seen in the brain which are called Unidentified Bright Objects (UBOs). These lesions are not an accepted criterion in the diagnosis of NF1 and the exact nature of UBOs remains unclear. Objectives: article 1: This study employed diffusion tensor imaging (DTI) to evaluate the relation among fractional anisotropy (FA) patterns with the findings of T2 sequences in individuals with NF1; article 2: To evaluate the evolution of UBOs in individuals with NF1 by serial MRI, and to relate this to regional fractional anisotropy (FA); article 3: To evaluate the metabolic patterns by magnetic resonance spectroscopy (MRS) of the brain, in the presence of UBOS in patients with NF1. Methods: article 1: Forty-four individuals with NF1 and 20 control subjects were evaluated. The comparative analysis of FA between NF1 and control groups was based on four pre-determined anatomic regions of the brain and related to the presence or absence of UBOs; article 2: The signal pattern of the T2-weighted sequences in the basal ganglia, thalamus, brain stem, and cerebellum for 27 NF1 individuals and a control group were analyzed by DTI. The presence or absence of UBOs in 2 consecutive MRI examinations were related to FA. article 3: Forty-two individuals with NF1 and 25 control subjects were evaluated by examination of ERM univoxel placed in the region of the globus pallidus. Automated quantitative analysis was made of the relationship of the metabolites choline/creatine (Co / Cr), N-acetyl aspartate/creatine (NAA / Cr) and myoinositol/creatine (MI / Cr) and related to the occurrence of UBOS in region of the globus pallidus. Results: article 1: The FA values between the groups demonstrated statistically significant differences (p &#8804; 0.05) for the cerebellum and thalamus in NF1 patients, independent of the occurrence of UBOs; article 2: We demonstrated statistically significant differences in FA for the basal ganglia, cerebellum, and thalamus between NF1 patients and controls (P &#8804; 0.05), even with a reduction or disappearance of UBOs; article 3: We demonstrated statistically significant differences between of patients with NF1 and control groups as the average values Mi/Cr and Co/Cr (P<0.05) in the region of the globus pallidus. Conclusions: article 1: MR imaging using DTI technique suggests that UBOs are due to microstructural defect of the brain tissue in NF1 patients. article 2: MRI allows for adequate monitoring of the temporal and spatial distribution of UBOs in patients with NF1. DTI confirmed changes in FA despite the disappearance or reduction of UBOs. article 3: MR spectroscopy allows the characterization of the tissue abnormalities not demonstrable in the conventional MR sequences of patients with NF1 by analysis of metabolites Co and Mi. / A neurofibromatose tipo 1 (NF1) em crianças e adolescentes está frequentemente associada com o aparecimento ou desaparecimento de lesões focais de hipersinal no encéfalo na ponderação T2 (FHE-T2). Estas lesões não são aceitas como critério diagnóstico para NF1 e sua natureza exata ainda não está clara. Objetivos: artigo 1: Avaliar a relação entre a presença dos FHE-T2 e padrões de anisotropia fracionada (FA) em uma série de pacientes com NF1; artigo 2: Demonstrar o padrão de evolução dos FHE-T2 por exame de Ressonância Magnética (RM) em indivíduos com NF1 e relacionar com o valor regional de FA; artigo 3: Avaliar os padrões metabólicos por meio da espectroscopia por ressonância magnética (ERM) do encéfalo na presença dos FHE-T2 em pacientes com NF1. Métodos: artigo 1: Analisou-se uma série de 44 indivíduos com NF1, e 20 controles. A análise quantitativa do FA foi definida em quatro regiões anatômicas pré-determinadas e relacionada à presença de FHE-T2; artigo 2: Analisou-se com imagem de tensor de difusão (DTI) a evolução dos FHE-T2 nas regiões de núcleos da base, tálamos, cerebelo e tronco encefalico de um grupo de 27 pacientes com NF1 e 20 controles. A presença de FHE-T2 em dois exames de RM encefálica consecutivos foram relacionados com o valor de FA; artigo 3: Analisou-se 42 indivíduos com NF1, e 25 controles saudáveis por exame de ERM univoxel na região do globo pálido. Foi feita análise automatizada quantitativa da relação dos metabólitos colina/creatina (Co/Cr), N-acetil aspartato/creatina (Naa/Cr) e Mioinositol/creatina (Mi/Cr) e relacionada à ocorrência de FHE-T2 na região do globo pálido. Resultados: artigo 1: Os FHE-T2 foram diagnosticados em 50% dos pacientes com NF1. Observou-se redução do valor de FA nas regiões do cerebelo e tálamo de aparência normal ou com FHE-T2 de pacientes com NF1 em relação ao controle (P &#8804;.05); artigo 2: Houve redução significativa no valor de FA nas regiões de núcleos da base, cerebelo e tálamos em pacientes com NF1 em relação ao grupo controle (P &#8804;.05) mesmo com redução ou desaparecimento dos FHE-T2; artigo 3: Houve diferença estatisticamente significante entre os grupos de pacientes com NF1 e o controle quanto aos valores médios ( ) de Mi/Cr e Co/Cr (P<0,05) na região do globo pálido. Conclusões: artigo 1: A técnica de DTI confirma que os FHE-T2 estejam relacionados às alterações da microestrutura do tecido cerebral em pacientes NF1. artigo 2: A RM possibilita o adequado monitoramento da distribuição no tempo e espaço dos FHE-T2 em pacientes com NF1. DTI evidencia alterações no valor de FA mesmo com o desaparecimento ou redução dos FHE-T2; artigo 3: A ERM permite a caracterização de anormalidades teciduais não demonstráveis nas sequências convencionais de RM de pacientes com NF1 por meio da análise dos metabólitos Co e Mi.

A precisão e acurácia dos métodos mais utilizados atualmente de processamento de dados de espectroscopia por Ressonância Magnética (MRS), baseados na Transformada de Fourier (FT), requerem supressão apropriada (o que está longe de ser trivial) e aquisições longas para a obtenção de alta resolução espectral. Além disso, a FT tem dificuldades quando faltam dados no domínio de tempo, como, por exemplo, pela redução do tempo de aquisição, e consequente número de pontos adquiridos. Isto pode ocorrer, também, por artefatos na aquisição ou, ainda, seja pela exclusão intencional dos primeiros pontos do sinal para a eliminação de ressonâncias largas que estão distorcendo a linha de base no domínio da frequência. Neste estudo, propomos a utilização do Método de Diagonalização na Base de Krylov (KBDM) como uma alternativa a FT para algumas de suas limitações. O método ajusta sinais de experimentos de Free Induction Decay (FID) por uma soma de funções harmônicas complexas, amortecidas exponencialmente, permitindo uma fácil manipulação dos seus parâmetros de caracterização. O KBDM é numericamente mais efetivo para análise de sinais truncados e tem diversos recursos que possibilitam remover picos de forma mais eficiente, como por exemplo, o pico residual da água. Além disso, foi introduzida a possibilidade de quantificação de dados de MRS com o método. Para avaliar a sensibilidade, eficiência e reprodutibilidade do método para quantificar e analisar sinais truncados, foi proposto fazer simulações de espectros clínicos e experimentos em phantoms que representassem o ambiente metabólico do cérebro, para MRS de próton de diferentes níveis de ruídos e para pequenas variações do N-acetil aspartato (NAA). Com estes estudos pôde se comprovar a viabilidade do método para processar dados de MRS e verificar seu potencial na complementação das técnicas atualmente empregadas, especialmente quando uma resolução espectral e temporal maior que o limite imposto pela Relação de Incerteza do formalismo de Fourier é necessária. Além disso, uma desejável facilidade de manipulação de picos específicos (por exemplo, exclusão e quantificação) é proporcionada pelo método. Como perspectivas animadoras deste trabalho esperamos a introdução do KBDM como uma técnica eficiente e coadjuvante ao Imageamento de Ressonância Magnética funcional (fMRI), auxiliando estudos de funções cerebrais, em sequências de MRS para identificar uma rápida variação das linhas associadas as atividades metabólicas dos cérebros. / The precision and accuracy of the most widely used methods to perform Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) data processing based on the Fourier Transform (FT), require appropriate suppression (which is far from trivial) and long acquisitions to obtain high spectral resolution. Furthermore, FT poses difficulty when there are missing data in the time domain. This occurs because of reduction of the acquisition time and consequently also in the number of acquired points, or because of artifacts during acquisition, or even intentional exclusion of the first signal points for the elimination of broad resonances that are producing the distorted baseline in the frequency domain. In this study, we propose the use of the Krylov Basis Diagonalization Method (KBDM) formalism as an alternative to some of FT limitations. The method adjusts signals of Free Induction Decay (FID) experiments with a sum of complex harmonic functions, exponentially damped, allowing easy manipulation of its characterization parameters. The KBDM is numerically more effective for truncated signal analysis and has several features that make it possible to remove peaks more efficiently, such as the residual water peak. Moreover, we introduced the possibility of quantification of MRS data with the described method. To evaluate the sensitivity, efficiency and reproducibility of the method for quantifying and analyzing truncated signals, and through the clinical spectra simulations and experiments in phantoms that would represent the brain metabolic environment, we proposed to perform proton MRS at different noise levels and with small variations of N- acetyl aspartate (NAA) metabolite. These studies allowed to prove the feasibility of the method to process MRS data and verified its potential in complementing techniques currently employed, especially when a greater temporal and spectral resolution is required, more than the limit imposed by the Uncertainty Relation of FT formalism. Furthermore, it is also a desirable effortless tool of handling specific peaks (e.g., exclusion and quantification). Exciting prospects from this work include the introduction of KBDM as an efficient and adjuvant technique to functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), for studying the brain functions, in MRS sequence to identify rapid variation in spectroscopic lines associated to metabolic activities in the brain.