La Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica non invasiva che permette lo studio delle funzioni cerebrali mediante la registrazione dei campi magnetici generati dall’attività elettrica dei neuroni della corteccia. I risultati dello studio MEG possono essere integrati con le immagini strutturali 3D della Risonanza Magnetica (RM) per localizzare con precisione le sorgenti degli eventi di interesse (risposte evocate, anomalie epilettiformi,…) e ottenere una mappa spazio-temporale dettagliata.

I segnali MEG ed EEG hanno quindi la stessa origine, l’attività elettrica di popolazioni di neuroni piramidali e possono essere considerate tecniche complementari in quanto l’EEG registra le variazioni di potenziale elettrico e la MEG quelle del campo magnetico. Due sono i vantaggi principali della MEG rispetto all’EEG: la MEG rileva una misura assoluta del segnale, e non necessita quindi di un canale/segnale di riferimento; i campi magnetici non sono interferiti dai tessuti interposti tra corteccia e scalpo e giungono perciò non distorti ai sensori. Queste caratteristiche permettono di ottenere una stima più precisa della localizzazione delle sorgenti corticali che generano il segnale registrato dalla superficie attraverso l’utilizzo di modelli matematici basati su immagini 3D di risonanza magnetica e di strumenti software avanzati.

Una registrazione MEG può consistere nell’acquisizione del segnale in condizioni di riposo e durante prove di attivazione, in maniera analoga all’EEG, e/o di risposte evocate (campi evocati) da stimoli sensoriali, in maniera analoga allo studio dei PE. La registrazione deve comprendere anche il monitoraggio delle derivazioni EOG ed ECG per la rimozione offline di eventuali artefatti indotti dai movimenti oculari e dall’attività cardiaca.

In ambito clinico, la MEG è principalmente utilizzata nel percorso pre-chirurgico per la localizzazione dell’area epilettogena da rimuovere nei pazienti con epilessie focali farmacoresistenti, o delle aree eloquenti da preservare in pazienti con lesioni del sistema nervoso centrale. In ambito più strettamente di ricerca è ampiamente utilizzata per lo studio dei processi cognitivi e delle funzioni superiori, in particolare delle aree sensoriali, motorie e del linguaggio.

La Magnetoencefalografia si basa sui principi dell’elettromagnetismo, e in particolare sulla legge di Biot Savart, secondo i quali una corrente elettrica che varia nel tempo genera un campo magnetico anch’esso variabile nel tempo. A livello cerebrale, i generatori dei campi magnetici rilevabili con la MEG sono soprattutto i neuroni piramidali corticali, i quali possono essere orientati perpendicolarmente (componente girale) o parallelamente (componente solcare) allo scalpo. Mentre i primi generano campi magnetici che non possono essere rilevati dai sensori MEG, i neuroni nei solchi cerebrali producono campi magnetici con componente radiale rispetto allo scalpo rilevabili dai sensori (Fig. 1).

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Fig. 1. Campi magnetici generati da neuroni disposti parallelamente o radialmente allo scalpo

I segnali magnetici cerebrali sono di bassissima ampiezza, nell’ordine dei femto (10-15) Tesla (50-500fT), di molti ordini di grandezza inferiore al campo magnetico terrestre, a quelli generati da impianti e strumenti esterni e anche dall’attività fisiologica (e.g. attività cardiaca). Per rilevare un campo magnetico così debole sono necessari da un lato sensori estremamente sensibili, dall’altro l’utilizzo di una camera schermata e di ulteriori sistemi per attenuare i campi magnetici esterni. I sensori sono infatti basati su dispositivi chiamati SQUID  (Superconducting Quantum Interference Device), che sfruttano la superconduttività e i principi della meccanica quantistica; questi dispositivi devono essere raffreddati con elio liquido alla temperatura di 4.2°K,  temperatura alla quale sono in grado di condurre elettricità senza alcuna resistenza.

I sistemi attuali permettono la registrazione dei campi magnetici dall’intera superficie della testa (Fig. 2) e la registrazione simultanea dell’EEG. I sensori sono inseriti all’interno di un casco alloggiato in una torretta (gantry), che contiene anche il serbatoio (dewar) dell’elio; il gantry può essere ruotato in modo da permettere l’esecuzione dell’esame con il paziente in posizione supina o seduta a seconda delle necessità (Fig. 3).

Esistono due tipi di sensori per rilevare il flusso magnetico: i magnetometri e i gradiometri. I magnetometri contengono una singola bobina superconduttiva che viene impiegata per rilevare i campi magnetici, e sono sensibili alle sorgenti cerebrali profonde ma anche al rumore ambientale; i gradiometri invece, che misurano la differenza dei campi magnetici rilevati da due bobine disposte secondo una specifica configurazione spaziale, sono meno sensibili dei magnetometri al rumore ambientale e più sensibili alle componenti locali e superficiali della corteccia

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Fig. 2 Vista interna di un casco contenente le bobine e i sensori.

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Fig. 3 MEG: Esempio di un moderno sistema di acquisizione

I sensori e il sistema di acquisizione del segnale sono posizionati all’interno di una camera schermata costituita da pareti con un doppio o triplo strato di metalli o speciali leghe metalliche in grado di bloccare o ridurre le interferenze magnetiche esterne (Fig. 4). Inoltre il laboratorio MEG deve essere collocato il più lontano possibile da impianti che durante il loro funzionamento generano o utilizzano (e.g. RM) elevati campi magnetici. Nel caso in cui la MEG sia collocata in un ambiente particolarmente rumoroso, possono essere utilizzati speciali dispositivi in grado di realizzare una schermatura attiva (active shielding) misurando l’intensità del rumore magnetico e compensandone gli effetti.

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Fig. 4 Esempio di camera schermata all’interno della quale è sistemato il sistema di registrazione

Uno studio MEG comprende normalmente i seguenti punti:

  • Preparazione adeguata del soggetto e verifica del corretto setting di registrazione
  • Registrazione di punti di repere anatomici e della posizione delle bobine indicatrici di posizione;
  • Acquisizione delle immagini 3D di Risonanza Magnetica;
  • Segmentazione delle immagini RM per “estrarre” il cervello;
  • Creazione di un spazio 3-dimensionale comune ottenuto sovrapponendo i punti di repere alle immagini RM;
  • Pre-elaborazione e analisi del segnale MEG per la selezione degli eventi/attività di interesse;
  • Creazione di un modello matematico della testa che descriva la modalità di propagazione del segnale magnetico dal cervello ai sensori;
  • Stima della localizzazione delle sorgenti corticali degli eventi/attività di interesse attraverso l’utilizzo di specifici software;
  • Fusione dei risultati dello studio MEG con le immagini strutturali;

Di questi punti verranno messi in evidenza quelli nei quali il Tecnico di Neurofisiopatologia può essere maggiormente coinvolto.

Innanzitutto va verificato il corretto setting dell’apparecchiatura e le condizioni di registrazione, tra cui il livello di elio, il funzionamento dei sensori e l’eventuale presenza di canali che saturano, o l’assenza del segnale dovuta al non funzionamento degli stessi. Una fase fondamentale è quella della calibrazione dei sensori, procedura che può durare anche qualche ora. Per verificare la qualità del segnale è buona norma effettuare una breve registrazione a stanza vuota per valutare il livello di rumore ambientale presente.

Prima di iniziare la preparazione il soggetto deve compilare il consenso informato e un questionario simile a quello utilizzato nella diagnostica di RM per escludere la presenza di elementi incompatibili con la registrazione MEG (e.g. pacemaker, protesi dentarie). Per non introdurre disturbi all’interno del segnale è necessario verificare che il soggetto non indossi tessuti che possono accumulare cariche elettrostatiche (e.g. maglia di lana) o con componenti metalliche.

Al contrario di quanto accade nell’EEG, i sensori MEG non sono solidali con lo scalpo e quindi, per una corretta localizzazione dei generatori corticali deve essere rilevata la posizione relativa della testa rispetto ai sensori e, quando il sistema lo consente, i movimenti del capo devono essere monitorati durante l’intera registrazione e successivamente compensati o corretti. A questo scopo sono posizionate sullo scalpo, in punti di repere noti, alcune bobine indicatrici della posizione (coil HPI) del paziente.

Per la successiva co-registrazione con le immagini MR devono essere rilevati, attraverso un sistema di digitalizzazione tridimensionale, i principali punti di repere anatomici (punti preauricolari e nasion), la posizione delle bobine HPI e la conformazione dell’intero scalpo. Lo studio del segnale MEG non è infatti finalizzato all’ispezione visiva, come nella diagnostica EEG, ma ha come obiettivo quello di ottenere un “imaging funzionale” del processo in esame.

Un’altra fase cruciale in cui è coinvolto il tecnico è l’ispezione visiva del segnale acquisito per valutare la presenza di artefatti e la loro successiva rimozione attraverso l’utilizzo di opportuni software di filtraggio temporo-spaziale.

Nella Figura 5 è riportato un esempio di segnale MEG e del risultato dello studio della localizzazione della anomalie epilettiformi in un paziente con epilessia focale farmacoresistente di probabile origine frontale mesiale di destra.

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Fig. 5. Segnale MEG registrati dai gradiometri posti sulle regioni frontali (nero destra, rosso sinistra) in un paziente candidato alla chirurgia per l’epilessia. A destra, localizzazione dell’area corticale da cui hanno origine le anomalie epilettiformi registrate

È importante sottolineare che l’approccio alla MEG del Tecnico di Neurofisiopatologia è differente da quello che tradizionalmente avviene in un laboratorio di diagnostica, mentre in quest’ultimo il tecnico ha un ruolo “attivo” durante l’intera effettuazione dell’esame (ad esempio interviene per correggere, rimuovere o documentare un artefatto o un elemento di interesse…), il contributo principale del TNFP, sia in termine di tempo che di impegno, è concentrato prima e dopo la registrazione.

TNFP Alice Granvillano

UOC Neurofisiopatologia ed Epilettologia Diagnostica

Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Milano.