1. Definisi MRS Magnetic resonance spectroscopy (MRS) adalah suatu metode non invasif yang dapat menilai metabolisme otak. Pemeriksaan ini di pergunakan lebih luas saat ini untuk memberikan informasi mengenai proses penyakit. Pemeriksaan MRS dapat dilakukan pada berbagai bagian tubuh, tetapi pemeriksaan proton MRS pada otak memiliki makna klinis.
2. Prinsip kerja MRS Pada pemeriksaan proton MRS, terdapat dua metode dasar yang digunakan, yaitu single-voxel (SV) dan multi-voxel (MV). Singel-voxel melibatkan sampling dari hanya satu daerah jaringan. Pada SV-MRS, hanya satu elemen otak (voxel) yang dipilih untuk di analisis. Puncak distribusi metabolit pada skala perubahan kimia (pada ppm) diperoleh berdasarkan analisa struktur frekuensi pada sinyal yang terdapat pada voxel ini. SV-MRS menggunakan pulse sequences pointresolved spectroscopy (PRESS) atau Stimulated echo acquisition mode (STEAM ). ). STEAM memiliki resolusi frekuensi yang lebih tinggi, tetapi sangat sensitive terhadap gerakan pasien. Resolusi PRESS sedikit lebih rendah daripada STEAM, namun kurang sensitive terhadap gerakan pasien.Perbandingan antara puncak metabolit dalam suatu spectrum dan adanya penurunan atau kenaikan puncak dalam spectrum yang terpisah, memberikan gambaran fingerprint dari biokimiawi otak,sehingga memungkinkan untuk membuat suatu penilaian yang non invasive dari biokimiawi suatu jaringan.
Gambar1.teknik pengambilan singelvoxel Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain
Gambar 2. Teknik pengambilan multivoxel Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain Multi-voxel MRS secara simultan menghasilkan spectrum MR beberapa voxels sehingga memungkinkan untuk membandingkan spectrum dari unsur-unsur yang berbeda pada area pemeriksaan.Pengolahan data MV-MRS menghasilkan gambaran pemetaan pada otak. Konsentrasi metabolit tertentu pada pemetaan tersebut ditandai dengan warna, sehingga dapat memvisualisasisakan metabolit didalam otak, yaitu mendapatkan gambaran perubahan kimia. Untuk menghasilkan spektrum dengan kualitas yang baik penempatan voxel harus menghindari darah, produk darah, udara, CSF, lemak, area nekrosis, logam, kalsifikasi dan tulang. Pada daerah tersebut perbedaan kepekaan magnet akan
mempengaruhi kualitas spektrum yang dihasilkan. Jika perlu digunakan teknik
”chemical saturation” untuk menghilangkan sinyal pada daerah tersebut. 3. Evaluasi tumor dan infeksi pada MRS Metabolit utama yang terdeteksi dalam spectrum proton MR adalah: N-Acetyl aspartate (NAA), Kolin (Cho), Kreatin (Cr), Myo-inositol (ml), Glutamat dan glutamin (Glx), Laktat (Lac), dan kompleks lipid (Lip).
Gambar 3. Proses metabolism otak Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain A. N-Acetyl aspartate (NAA) N-Acetyl aspartate adalah puncak yang paling terlihat pada spektrum 1H (2 ppm). Pada kenyataannya puncak ini mencakup berbagai kombinasi yang berbeda dari makromolekul dengan NAA : N Acetylaspartyglutamate, glikoprotein dan residua sam amino. Dengan demikian puncak ini dapat lebih tepat disebut dengan istilah kelompok N asetil. Hal ini mengingat bahwa pada otak orang dewasa NAA memegang dua peranan yaitu sebagai prekursor lipid otak, dan berperan dalam interaksi koenzim A. Beberapa peneliti percaya bahwa NAA adalah metabolik inert dan hanya berpartisipasi dalam pemeliharaan keseimbangan defesiensi anion dalam jaringan netral, sehingga senyawa ini merupakan indikator dalam proses keterlibatan neurotransmiter – neuromodulator dan fungsi dasarnya adalah menjadi bentuk penyimpanan aspartat. Konsentrasi NAA pada bagian orang dewasa lebih tinggi daripada di bagian substantia alba dikarenakan mayoritas NAA terletak di neuron dan percabangannya. Asetil-KoA-L-aspartate-N-asetiltransferase adalah enzim
sintetis yang digunakan untuk menghasilkan NAA di dalam mitokondria. Acetoaspartase adalah enzim yang menguaraikan NAA dan terutama berlokasi di astrocytes. Penguaraian NAA terjadi terutama pada sel glial dan hal tersebut menjelaskan bahwa konsentrasi NAA di alam glial yang matur adalah rendah. Karena lokasi NAA terutama di neuron dan akson, puncak NAA menurun pada kasu penyakit neurodegeneratif. Pada penelitian terhadap hewan percobaan didapatkan bahwa penurunan NAA berkorelasi dengan nekrosis neuronal.Penurunan pucak absolut atau relatif (dalam kaitannya dengan kreatin) dianggap sebagai indikator kerusakan neuron dan akson. Namun karena NAA disintesis di dalam mitokondria, secara teoritis penurunan energi tanpa kerusakan neuron yang permanen dapat menyebabkan penurunan NAA sementara. Pada anak-anak kosentrasi NAA disubtantia alba sama dengan di substantia grisea.Konsentrasi NAA agak tinggi dalam substantia alba pada anak yang matur berhubungan dengan aktivitas sintesis lipid yang sangat tinggi. B. Kolin (Ch) Puncak kolin pada 3,21 ppm, mengandung kontribusi kumulatif dari proton trimethylammonium pada kolin, betaine, dan karnitin, ditambah proton H5 dari myo- inositol dan taurin. Kontribusi kolin merupakan penjumlahan sinyal dari beberapa komponen kimia yang mengandung kolin (fosforilkolin, gliserofosforilkolin dan kolin bebas). MRS tidak dapat mendeteksi senyawa kolin yang terdapat di dalam membran teatpi pada keadaan destruksi membrane sel yang disebabkan oleh penyakit, kolin dilepaskan terakumulasi dan dapat terdeteksi.Kolin merupakan struktur komponen dari membran seluler terutama membran myelin. Puncak kolin cenderung meningkat pada tumor yang maligna dan penyakit neurodegeneratif. Inflamasi fokal yang menyebabkan
peningkatan
aktivitas
seluler
dan
sering
menyebabkan
kerusakan membran seluler juga dapat meningkatkan peningkatan puncak kolin. C. Kreatin (Cr) Puncak kreatin pada 3,03 ppm disebabkan oleh proton kelompok metil (CH3) kreatin, fosfokreatin, lisin dan glutation. Fosfokreatin merupakan molekul dasar untuk pemeliharaan energy dependent system pada semua sel otak.Konsentrasinya maksimal pada cerebelum kemudian substantia grisea dan selanjutnya substantia alba. Kadar kreatin umunya stabil pada beberapa situasi karena tingginya puncak kreatin sering digunakan sebagai acuan pada perbandingan tingi puncak metabolit lainnya.
D. Myo-inositol (ml)
Myo- inositol memiliki 2 puncak yaitu pada 3,56 dan 4,06 ppm, yang diperkirakan merupakan cadangan dari membran pospoinositin dan merupakan second mesenger dari sistim hormonal dan berpartisipasi dalam regulasi enzim susunan saraf pusat. Myoinositol merupakan salah satu dari faktor pertumbuhan( growth factor ) dan merupakan bakal dari fosfatidil inositol yang merupakan bagian dari lapisan lipid dari membran seluler. Myoinositol terdapat terutama pada sel glial yang spesifik. Fungsi lain adalah osmoregulasi nutrisi seluler dan detoksikasi.Puncak kombinasi yang rendah pada 3,56 ppm berasal dari glisin dan inositol-1- fosfat. E. Sycllo inositol Sycllo inositol adalah isomer dari Myo-inositol yang tidak mengalami perubahan metabolik yang dapat menghambat transportasi dan perlekatan ml yang berhubungan dengan lipid. Puncak tunggal pada 3,35 ppm diyakini berasal dari enam proton metana dalam molekul alkohol siklik dari Scyllo inositol bukan berasal dari taurin seperti teori sebelumnya. Glukosa dalam jaringan otak dapat terdeteksi dengan MRS, dengan waktu singkat oleh Time Echo pada 3,43 ppm.Area di bawah kurva ini dapat digunakan untuk penghitungan konsentrasi glukosa otak. F. Laktat(Lac) Laktat dapat terdeteksi pada spektrum 1,32 ppm, jumlah yang sedikit dapat ditemukan pada kehamilan. Hal ini diyakini bahwa laktat jika ditemukan dalam jumlah yang lebih besar, terutama pada awal kehidupan merupakan inidikator terjadinya kerusakan otak. Laktat pada pemeriksaan IH MRS merupakan keadaan yang normal ditemukan pada anak yang lahir prematur. Puncak yang rendah pada janin makin lama akan menurun sampai usia kehamilan 40 minggu. Konsentrasi laktat bervariasi sesuai dengan kematangan otak. Pada bayi baru lahir, konsentrasi laktat lebih tinggi di daerah yang kurang matur, seperti parietal, frontal bagian aterior, dan temporal.Pada otak yang lebih matur konsentrasi laktat lebih tinggi dalam ganglia basalis dan gyrii sentral. G. Glutamin dan Glutamat Pada pemeriksaan proton MRS dengan TE yang pendek,beberapa puncak kecil muncul pada spektra 2,1 dan 2,4 ppm, yaitu glutamin dan glutamat. Hanya saja pada penggunaan induksi medan magnet sebesar 1,5 T, puncak-puncak tersebut akan tumpang tindih dan sangat sulit untuk dipisahkan dengan puncak NAA. H. Lipid (Lip)
Puncak lipid menunjukan puncak sempit pada 1,3 dan 0,9 ppm dari ranai Acyl- (CH2)n- dan proton metil – CH3. Lipid tidak terdeteksi padsa jaringan otak yang normal, karena pada proton Acyl biasanya berlebihan di dalam molekul lipid.Resonansi lipid pada 1,3 ppm merupakan puncak yang dominan, yaitu kurang lebih 5 kali lebih tinggi dari puncak 0,9 ppm. Puncak Lipid yang terdeteksi pada pemeriksaan menunjukan adanya lipid bebas. Pada penelitian baru-baru ini menyatakan bahwa puncak yang sempit tersebut berasal dari penurunan drastis lipid intraseluler atau ekstraselluler.Lipid bebas berasal dari membran yang rusak yang disebabkan oleh berbagai proses.Pada beberapa kasus, sel-sel tertentu memiliki simpanan lipid intrinsik.Pada umumnya proses kerusakan tersebut terjadi pada perubahan patologis seperti hipoksia, proses nekrotik dan inflamasi. Lipid merupakan komponen mayor dari otak dengan jumlah 20% dari jumlah keseluruhan komponen jaringan otak, yang merupakan komponen dari membran sel dan bukan merupakan molekul bebas. Lipid jarang terdeteksi pada pemeriksaan proton MRS karena pergerakan terbatas dalam struktur membran, akibatnya lipid memiliki waktu T2 relaxation yang pendek.n Untuk menilai spektrum yang normal seorang neurosurgeon dari Hutington medical Research Institutes memberikan suatu metode yang mudah. Ia menggunakan sisirnya di atas spketrum yang menghubungkan beberapa puncak metabolit sehingga membentuk
sudut kira-kira 45°. Jika sudutnya kurang lebih sekitar 45° maka spektrum tersebut bisa dikatakan normal. Tetapi jika selisih banyak dari ”Hunter’s
angle” maka spektrum abnormal.
Gambar Hunter AngleDikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain
Jenis- jenis Metabolit proton yang Terdeteksi pada Pemeriksaan Pr oton MRS
Gambaran Magnetic Resonance Spectroscopy pada Glioma
Sel Glial merupakan populasi sel yang terbanyak di antara semua populasi sel otak, jumlahnya melebihi jumlah neuron serta membentuk sekitar setengah dari semua jaringan di dalam susunan saraf pusat.Sel glial memiliki potensi untuk melakukan transformasi menjadi patologis dan merupakan penyebab utama neoplasma pada susunan saraf pusat.Menurut data statistik sekita dua pertiga tumor pada otak adalh primer, dan 50% dari jumlah tersebut adalah neoplasma yang bersal dari sel glial.Tetapi struktur histologis dari sel glial tersebut tidak seragam, dan terbagi menjadi beberapa subtipe, yaitu: Astrocytes,oligodendrocytes dan ependymocytes. Pada pemeriksaan MRS sulit untuk memprediksi tipe histologis neoplasma, meskipun demikian beberapa peneliti berpendapat bahwa proses tumoral di tandai oleh rendahnya rasio NAA-Cr, peningkatan rasio Cho-Cr, dan dalam beberapa kasus ditandai dengan jumlah laktat yang meningkat. Pada penelitian terbaru dinyatakan bahwa pemeriksaan proton MRS memiliki nilai sensitifitas yang tinggi dalam mendiagnosa Glioma otak yaitu 95,5%. Pada sebagian besar pemeriksaan proton MRS yang dilakukan digunakan untuk mendiagnosa banding Astrocytoma,ependymoma dan primitif neuroepithelial tumor (PNET). Tandatanda khas astrocytoma dan ependymoma adalah penurunan rasio NAA-Cho dan peningkatan rasio Lac-Cho dibandingkan dengan hemisfer yang sehat. Astrocytoma dan ependimoma dibandingkan dengan PNET ditandai dengan peningkatan rasio NAA- Cho dan nilai yang rendah pada rasio Lac Cho yang berkaitan dengan kadar kolin yang lebih tinggi pada pasien dengan PNET, seperti neoplasma ganas.
Gambar Axial T2 low-grade astrocytoma. Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain Astrocytoma secara umum di dapatkan peningkatan puncak Cho, perubahan puncak mI( tergantung pada
tingkat keganasan), adanya penurunan yang signifikan dari puncak NAA dan munculnya Lac ( dalam beberapa kasus puncak Lac dan lipid memperlihatkan kompleks tunggal Lac-Lip.
Gambaran umum glioma Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain Pada Astrocytoma jinak pengurangan puncak NAA adalah khas dan peningkatan puncak Cho dapat terlihat. Tinggi puncak mI bisa tetap tidak berubah,atau dapat meningkat tidak signifikan dibandingkan dengan jaringan kontralateral yang tidak terpengaruh tumor.Puncak Lac ditandai oleh elevasi kecil,dan dalam kasus-kasus yang jarang terjadi tidak bisa tereteksi sama sekali.Peningkatan puncak Cho dan Lac, sedangakan puncak mI menurun dengan peningkatan derajat keganasan, secra khusus didapatkan pada anaplastik astrocytoma.Puncak NAA menurun pada anaplastik astrocitoma dibandingkan dengan astrocytoma jinak.
Gambaran Low grade glioma Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain Penurunan puncak NAA dan mI yang bermakna,dan peningkatan taj am dari puncak Lac, diamati dengan spektrum seperti glioblastoma yang ditandai oleh adanya daerah nekrosis. Pada saat yang sama puncak Lip muncul dan tumpang tindih dengan puncak Lac, dan puncak-puncak ini terlihat seperti kompleks tunggal. Secara umum puncak Cho meningkat taja m.
Gambar Anaplastik Astrocytoma Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain
Gambar Glioblastoma Multiforme Dikutip dari Proton MR Spectroscopy of brain Terdeteksinya puncak lipid pada pemeriksaan MRS menunjukan gangguan patologis dari struktur membran yang kemudian akan melepaskan lipid. Terdeteksinya puncak lipid tersebut tidak selalu berhubungan dengan malignansi. Pada penelitian terbaru menunjukan bahwa adanya lipid bebas dalam jaringan yang rusak dan nekrotik pada high grade astrocytoma , bahkan pada fokus nekrotik yang sangat kecil yang sering tidak terlihat pada pemeriksaan MRI. Penelitian ini menunjukan hubungan antara sinyal lipid bebas dengan persentase jaringan yang nekrosis pada high grade astrocytoma. Secara keseluruhan peningkatan lipid yang terliaht pada pemeriksaan MRS mungkin terjadi karena degradasi fosfolipid membran dan berhubungan dengan proses nekrotik dan hipoksik (intraselluler) serta proses nekrotik ekstraselluler, karena droplets lipid jumlahnya berlebihan di daerah nekrotik dan perinekrotik. Pada penelitian dari berbagai derajat tumor otak manusia, sinyal yang di hasilkan dari lipid bebas terdeteksi pada tumor-tumor agresif sebesar 30% dari anaplastik astrocytoma dan 44% pada glioblastoma serta hanya 16% dari astrocytoma. minggu. Herminghaus S, et al., melakukan penelitian dengan subyek 94 pasien yang membandingkan pemeriksaan MRS prabedah dan histopatologi lesi menunjukkan angka keberhasilan mendiagnosis secara keseluruhan 86% sedangkan dalam membedakan glioma derajat rendah dan derajat tinggi mencapai 95%.
Daftar Pustaka 1. DR Balanhai Nanavati Hospital, Proton MR Spectroscopy of brain, MRI Centre, 2007 . 2. Magnetic Resonance Imaging (diunduh 14 April 2010). Tersedia dari:URL: http://www.mritutor.org 3. Francis.A.Burgener Differential diagnosis in conventional Radiology, 2003 h. 830834 4. Herminghaus S, Dierks T, Pilatus U, Moller-Hartmann W. Determination of Histopathologic Tumor Grade in Neuroepithelial Brain Tumors by Using Spectral Pattern Analysis of in Vivo Spectroscopic Data. J Neurosurg, 2003; 98:74- 8) 5. Satyanagara, Ilmu bedah saraf, 1992 h.275 6. April.G.Fritz, International Classification of Diseases for Oncology,2014 h. 130 -
135 7. Dr Henry Knipe and Dr Frank Gaillard et al., MR spectroscopy ( diunduh april
2006 ). Tersedia dari: URL: http://www.radiopaedia.org 8. SK Gujar Magnetic resonance spectroscopy. ( diunduh januari 2005 ). Tersedia dari: URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov 9. A.Server Proton magnetic resonance spectroscopy in the distinction ( diunduh april 2010) Tersedia dari: URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov 10. M.Bulik Potential of MR spectroscopy for assessment of glioma ( diunduh
oktober 2013) Tersedia dari: URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov 11. Jonathan H. Gillard, Adam D. Waldman, Peter B. Barke Clinical MR Neuroimaging: Physiological and Functional Techniques,2010 h.181-187 12. Hugues Duffau, Diffuse Low-Grade Gliomas in Adults: Natural History,
Interaction,2002 h.343- 349 13. Gene H. Barnett ,High-Grade Gliomas: Diagnosis and Treatment,2007 h.915-
928 14. Meyerand ME, Pipas JM, Mamourian A, Tosteson TD, Dunn JF. Classification of biopsy-confirmed brain tumors using single-voxel MR spectroscopy. AJNR Am J Neuroradiologi 1999;20:117- 23.15. Cousins JP. Clinical MR spectro scopy: fundamentals, current applications, and future potential. AJNR Am J Roentgenol 1995;164:1337-47 15. Castillo M, Kwock L. Clinical application of proton magnetic resonance spectroscopy in the evaluation of common intracranial tumors. Topic Magnetic Resonance Imaging1999; 10:104- 13. 16. Castillo M, Smith JK, Kwock L. Correlation of Myo-inos- itol levels and grading of cerebral astrocytomas. AJNR Am J Neuroradiology 2000;21:1645- 9. 17. Fulham MJ, Bizzi A, Dietz MJ, Shih HHL, Raman R, Sobering GS, Frank JA,
Dwyer AJ, Alger JR, Di Chiro G. Mapping of brain tumor metabolites with proton MR spectroscopic imaging: clinical relevance. Radiology 1992;185:675- 86. 18. Burger PC, Scheithauer BW, Vogel FS. The brain - tumors. In: Burger PC, Scheithauer BW, Vogel FS, eds. Surgical pathology of the nervous system and its cover- ings. 4th ed. Philadelphia: Churchill Livingstone Co., 2002:160- 378.
