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Rev. argent. neurocir. v.21 n.1 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ene./mar. 2007
Imágenes con tensor de difusión en resonancia magnética
Carlos Romero, Juan Pablo Ghisi, Juan Mazzucco, Alejandro Ternak
Servicio de Resonancia Magnética, Sanatorio San Lucas, San Isidro, Pcia de Buenos Aires, República Argentina
Correspondencia: info@argusdm.com.ar
Recibido: marzo 2007; aceptado: marzo 2007
RESUMEN
Las imágenes con tensor de difusión (ITD) constituyen un método relativamente nuevo de resonancia magnética (IRM) que permite cuantificar el grado de anisotropía de los protones de agua en los tejidos.
La anisotropía es la propiedad del tejido cerebral normal que depende de la direccionalidad de las moléculas del agua y de la integridad de las fibras de sustancia blanca.
La tractografia es la representación 3D de ITD y se puede graficar por medio de un mapa de color obtenido a partir de la direccionalidad del desplazamiento de las moléculas del agua a lo largo de los tractos de sustancia blanca, y en los tres ejes del espacio : ¨x¨ derecha-izquierda, ¨y¨ antero-posterior y ¨z¨ rostro-caudal.
Por convención los tractos del eje ¨x¨ o comisurales aparecen en color rojo, como por ejemplo las fibras callosas. Los tractos del eje ¨y¨ que representan fibras de conexión interlobares tienen tonalidad verde; y finalmente los tractos del eje ¨z¨ son los azules; por ejemplo el haz piramidal.
Las primeras experiencias realizadas con ITD han despertado interés y expectativas sobre su utilidad diagnóstica y pronóstica en el accidente cerebrovascular, la esclerosis en placas, la injuria axonal difusa, asi como tambien en ciertas enfemedades mentales, y particularmente en el estudio de los tumores cerebrales.
Palabras clave: Resonancia magnética; Tensor de difusión; Tractografia.
SUMARY
Diffusion-tensor is a recently developed form of diffusion-weighted MRI that enables the assessment of water directionality in living systems and indirect information about the integrity of white matter structures.
Diffusion is anisotropic in white matter tracts, as axonal membranes and myelin sheaths present barriers to the motion of water molecules; the direction of maximun diffusivity is contained in the diffusion tensor (DT).
DT tractograms are the three-dimensional space representation of the tensor-diffusion images. The direction of maximun diffusivity may be mapped by using red, green, and blue colour channels with colour brightness, resulting in a map from wich the degree of anisotropy and the local fiber direction can be determined.
Red color indicates left-right direction as corpus callosum tracts; green color indicates anteroposterior direction, and blue color indicates superior-inferior direction as piramidal tracts.
The initial clinical experience showed that diffusion tensor is a potentially useful imaging modality for both diagnosing and assessing patients with stroke, multiple sclerosis, diffuse axonal injuries, schizophrenia and particularly brain tumors.
Key words: Magnetic resonance; Diffusion tensor; Tractograms
PRINCIPIOS BÁSICOS
Las imágenes con tensor de difusión (ITD) constituyen un método relativamente nuevo de Resonancia magnética (RM) que permite cuantificar el grado de anisotropía de los protones de agua en los tejidos1.
La anisotropía es la propiedad del tejido cerebral normal que depende de la direccionalidad de las moléculas del agua y de la integridad de las fibras de sustancia blanca. Los tractos muy densos muestran un mayor grado de anisotropía, mientras que la sustancia gris tiene menor grado respecto de la sustancia blanca1,2.
La anisotropía fraccional (AF) es una variable numérica cuyos valores oscilan entre 0 (máxima isotropía, tal como la observada en espacios subaracnoideos y ventrículos normales, donde el agua se moviliza libremente) y 1 (máxima anisotropía por restricción en el movimiento del agua tisular)1,2. Por ejemplo, la AF varia a lo largo de la evolución de un infarto cerebral. Las primeras estimaciones publicadas en la literatura demuestran que cuanto mayor es la caída peor es el pronóstico funcional.
De igual manera y en un área de encefalomalacia la AF será extremadamente baja, dado que en virtud de la casi ausencia de barreras anatómicas, las moléculas de agua se desplazan tan fácilmente como lo hacen dentro de los ventrículos normales.
La tractografía es la representación 3D de ITD y se puede graficar por medio de un mapa de color obtenido a partir de la direccionalidad del desplazamiento de las moléculas del agua a lo largo de los tractos de sustancia blanca, y en los tres ejes del espacio: "x" derechaizquierda, "y" anteroposterior y "z" rostrocaudal.
En general se habla de un "continuun" entre DWI (3 direcciones), DTI (6 direcciones o más) y tractografía, que como se dijo es la representación de ITD en 3D. Por convención los tractos del eje "x" o comisurales aparecen en color rojo, como por ejemplo las fibras callosas. Los tractos del eje "y" que representan fibras de conexión interlobares tienen tonalidad verde y finalmente los tractos del eje "z" son los azules; por ejemplo el haz piramidal.
En caso de involución walleriana, el haz piramidal afectado aparece en la tractografía con menor calibre respecto de su homónimo contralateral normal y menor intensidad de señal. Adicionalmente su AF aparece disminuida, al menos de manera relativa, y respecto del lado indemne (Figs. 1, 2 y 3).
Fig. 1. Representación de ITD en 3D.La orientación de los tractos se correlaciona con el color de los mismos : azul en dirección rostro-caudal (vía piramidal), rojo en dirección derecha-izquierda (comisura blanca anterior y cuerpo calloso), finalmente verde en dirección anteroposterior (tractos de conexión interlobar y fibras en ¨U¨)
Fig. 2. El haz piramidal derecho presenta menor número de tractos respecto de su homónimo contralateral como signo de involución walleriana.
Fig. 3. Efecto de masa sobre el haz piramidal secundario a lesión ocupante intraaxial frontoparietoinsular. En función de la AF el patrón puede ser compatible con los tipos 1 o 3 de Jellison.
APLICACIONES CLÍNICAS
Las primeras experiencias realizadas con ITD han despertado interés y expectativas sobre su utilidad diagnóstica y pronóstica en el accidente cerebrovascular, la neuroinmunologia, la neurotraumatología así como también en Neuropsiquiatría y particularmente neurooncología.
A continuación se resumirán brevemente los hallazgos más destacables en cada una de éstas áreas, con la salvedad de que los datos obtenidos se basan en un número limitado de casos y requieren ser validados en un futuro.
Accidente cerebrovascular
Existen a la fecha evidencias experimentales y clínicas que permiten afirmar que en las fases hiperaguda (primeras 6 hs) y aguda del accidente cerebrovascular isquémico hay correlación positiva entre el coeficiente aparente de difusión (ADC) y la fracción de anisotropía (AF).
La caída en los niveles de oxígeno en el área isquémica provoca el fallo de la bomba de Na/K. Hay consecuentemente acumulación de Na y agua intracelular con edema citotóxico que implica restricción en el movimiento de las moléculas de H2O a nivel intersticial.
En esta fase hiperaguda la lesión aparece brillante en difusión, el ADC descendido y la AF aumentada.
En la fase aguda ocurre lo contrario, la AF cae y el ADC asciende; a priori el pronóstico es peor cuanto mayor sea el descenso de la AF3-5.
También en las fases subaguda y crónica del infarto cerebral ITD permite detectar precozmente la degeneración walleriana a nivel de fibras callosas, y en particular a nivel del haz piramidal en el mesencéfalo6-9.
A partir de la segunda semana de evolución, la caída de la AF en estas estructuras anatómicas, por pérdida en la integridad de las mismas, se correlaciona con nula o escasa recuperación del déficit clínico neurológico.
Experiencias preliminares demuestran que como producto de la "plasticidad cerebral", la recuperación de la función neurológica perdida cursa con aumento progresivo en la AF.
Esclerosis múltiple
El mayor impacto clínico del ITD en el diagnóstico y seguimiento de esta enfermedad se debe esencialmente a dos fenómenos: la capacidad de demostrar alteración en sustancia blanca que aparece "normal" en las secuencias morfológicas; y documentar daño en la corteza cerebral cuya repercusión clínica parece ser más significativa que la "carga lesional" visible en T210,11.
Las diferentes series publicadas miden el ADC y la AF en vía piramidal, cuerpo calloso y sustancia blanca de apariencia normal en grupos de pacientes que presentan la forma "a brotes y remisiones"12-14.
Se observa correlación positiva de dichas magnitudes, y en forma equivalente a lo constatado en la isquemia cerebral subaguda: es decir, aumento del ADC y caída de la AF. A diferencia de lo observado a nivel de la sustancia gris, hasta la fecha no parece existir correlación positiva entre estos hallazgos a nivel de la sustancia blanca, la escala de discapacidad y/o la duración de la enfermedad10-14.
Injuria axonal difusa (IAD)
La DWI ha demostrado alta sensibilidad diagnóstica para detectar pequeñas lesiones de IAD las cuales afectan predominantemente el cuerpo calloso, el tronco cerebral y la interfase sustancia gris/blanca. En virtud del edema citotóxico estás lesiones aparecen brillantes en DWI y gran número de ellas no son visibles en las secuencias convencionales.
En las lesiones del cuerpo calloso por IAD, el tensor permite diferenciar edema citotóxico de ruptura de fibras, elemento que a priori condicionaría el pronóstico15-17.
Además, la medida de la AF a nivel del haz piramidal valora la magnitud de la involución walleriana secundaria a IAD como factor condicionante del grado de discapacidad18.
Tumores cerebrales
En IRM cerebral, por las secuencias convencionales no resulta posible determinar si el área hiperintensa peritumoral visible en SET2 y Flair representa solamente edema vasogénico o implica infiltración de células neoplásicas. Tampoco existe certeza sobre la posibilidad de infiltrado por parte de células neoplásicas a nivel del parénquima distal al área de edema y cuya señal aparece como normal en las secuencias morfológicas.
De acuerdo a la serie de Provenzale et al los valores de ADC y AF en dicho sector pueden diferir entre los meningiomas, las metástasis y los gliomas; no obstante este hallazgo debe tomarse con cautela en virtud de la ausencia de verificación histológica.
El descenso de la AF puede indicar disrupción y/o desorganización axonal sin que se asocie edema vasogénico tal como ha sido documentado a nivel de la sustancia blanca asumida como ¨ normal ¨ en pacientes con esclerosis múltiple confirmada.
Jellison et al proponen que los tractos con edema o infiltrados por lesiones, pueden perder su anisotropía normal conservando su organización direccional.
Con ese objetivo estudiaron con ITD 20 pacientes con tumores cerebrales de diferente estirpe; basados en la AF y orientación de los haces de SB individualizaron 4 patrones:
Tipo I: AF normal, o levemente descendida, con localización y/u orientación anormal de las fibras, lo cual sugiere expansión del tumor, con escaso o nulo componente infiltrante.
Tipo II: Sustancial decremento de la AF con localización y dirección normal de las fibras que puede verse en casos de edema vasogénico peritumoral, pero no resulta patognomónico de su presencia.
Tipo III: Importante caída de la AF con direccionalidad anormal de fibras indicando tumor con patrón predominantemente infiltrante.
Tipo IV: difusión iso o casi isotrópica, de manera tal que los tractos no pueden ser identificados en mapas color cuando un segmento de los mismos queda englobado por el tumor.
Deterioro cognitivo mínimo (DCM) y Enfermedad de Alzheimer (EA)
El DCM es considerado un estado de transición entre el envejecimiento "normal" y la demencia. En la EA el daño de la corteza cerebral causa involución walleriana con menor AF a nivel de la sustancia blanca predominantemente temporal y respecto de grupos con DCM o envejecimiento "normal"21-24.
Esquizofrenia
Por disrupción de tractos de sustancia blanca en la región cingular anterior se observa baja AF, así como también a nivel amigdalohipocampal. Estas alteraciones estructurales pueden contribuir al déficit de motivación, atención, memoria y particularmente de funciones ejecutivas que suelen marcar el inicio de esta psicosis juvenil25,26.
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