introducción a la rm de difusión antonio tristán vega
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Introducción a la RM de difusión
Antonio Tristán Vega
O La RM frente a “otras” modalidades de imagen
O RM: ¿en qué se basa?O ¿Y por qué es tan versátil?
O Medios anisótropos y tensoresO La difusión como proceso anisótropo
O El tensor de difusiónO La difusión en un sentido estadísticoO Medida cuantitativa de la difusión
O Gradientes de difusiónO Interpretación diagnóstica de la RM de
difusiónO Marcadores de integridadO Color por orientaciónO Tractografía
O Limitaciones
La RM frente a “otras” modalidades de imagen
O Limitaciones importantes en cuanto a resolución
O Adquisiciones muy largas
O Precio muy elevado
O Problemas de compatibilidad con instrumental
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La RM frente a “otras” modalidades de imagen
O Excelente contraste en tejidos blandos sin agentes externos. Contraste “potenciable”
O Proporciona información anatómica, funcional, de conectividad, perfusión, movimiento…
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RM: ¿en qué se basa?O Spin: propiedad cuántica de los
núcleos de hidrógeno (agua)O A nivel macroscópico se manifiesta
como un campo magnético giratorioO “En reposo” su orientación es
aleatoria y no produce ningún efecto observable
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RM: ¿en qué se basa?O El efecto es “aprovechable” cuando se
aplica un campo magnético externo B0
(imán)O Los spines se alinean. La dirección paralela
es ligeramente más probable que la antiparalela y aparece una magnetización neta
O El giro de los spines (osciladores) se produce a la frecuencia de Larmor. La fase es aleatoria
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RM: ¿en qué se basa?O Resonancia magnética: los núcleos
absorben energía EM a su frecuencia natural de oscilaciónO La fase se sincroniza con la excitación
externa y aparece un campo transversal netoO El ángulo de precesión aumenta, y el campo
longitudinal disminuye
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RM: ¿en qué se basa?O Resonancia magnética: cuando se
elimina la excitación se libera la energía absorbida, y el campo transversal neto puede captarse con una antenaO El campo transversal desaparece
exponencialmente con constante de tiempo T2
O El campo longitudinal vuelve a su estado inicial exponencialmente con constante T1
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RM: ¿en qué se basa?O Formación de la imagen: variando el
campo B0 (gradientes) variamos : la información espacial se codifica en frecuencia: transformada de Fourier
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RM: ¿por qué es tan versátil?
O El proceso físico no depende sólo de las características del material (PD, T1, T2), sino también de factores externos. La señal captada por la antena depende de:O CODIFICACIÓN
ESPACIALO La fase de los diferentes spinesO La condición inicial del campo longitudinal
O Modificando los factores externos podemos modificar el tipo de información que se adquiere
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Medios anisótropos y tensoresO Tensores: asociados a fenómenos
dependientes de la orientación (tensor de elasticidad, tensor de inercia…).
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Medios anisótropos y tensores
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La difusión como proceso anisótropoO La sustancia blanca del cerebro no es
amorfa, sino que se estructura en fibras nerviosas cubiertas de vainas de mielina
O El movimiento de las moléculas de agua es más fácil a lo largo de las fibras que a través de sus paredes
O Estudiando la difusión del agua puede inferirse la estructura de las fibras nerviosas
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El tensor de difusiónO De nuevo tenemos una matriz 3x3 (simétrica,
definida positiva):O Autovectores: direcciones principales de difusiónO Autovalores: difusividad en cada dirección del
espacio
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El tensor de difusiónO En la práctica:
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La difusión en un sentido estadístico
O El movimiento de las moléculas de agua es aleatorio (movimiento browniano)
O El tensor de difusión no es una constante de proporcionalidad entre magnitudes vectoriales
O Cuando la ley de probabilidad del movimiento se puede considerar gaussiana (de media 0), el tensor es la matriz de covarianzas
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Medida cuantitativa de la difusión
O ¿Cómo podemos estimar este parámetro estadístico en la práctica? gradientes de difusión (PGSE)
O Manipulamos de forma controlada la fase de precesión de los spines
O Aumentando el campo B0 momentáneamente (δ) aumenta la frecuencia de giro: los spines sometidos a más campo “se adelantan”
O Pasado un tiempo Δ, se modifica el campo B0 de forma inversa, por lo que los spines “se retrasan de forma ordenada”
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Medida cuantitativa de la difusión
Si el gradiente se alinea con la fibra, la señal que procede del campo transversal se atenúa.
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Medida cuantitativa de la difusiónO De forma cuantitativa, el primer gradiente
cambia la frecuencia de giro de forma selectiva, produciendo un “adelanto” neto:
O Transcurrido un tiempo Δ la partícula ya no estará en su posición inicial, sino que se habrá desplazado por difusión:
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Medida cuantitativa de la difusiónO La señal radiada por el spin, y captada por
la antena, será una versión desfasada de la señal original:
O Pero el spin es una propiedad cuántica, por lo que sólo tiene sentido considerar la señal promedio en un sentido estadístico:
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Medida cuantitativa de la difusión
O Al introducir los gradientes de difusión en la secuencia se muestrea la transformada de Fourier tridimensional de la ley de probabilidad de difusión
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Medida cuantitativa de la difusión
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Medida cuantitativa de la difusiónO Cuando la difusión es gaussiana, su
transformada de Fourier es también exponencial:
O Basta realizar siete medidas para estimar las 6 componentes libres de D:
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Interpretación diagnósticaO Marcadores de integridad:
O Difusividad media: cuánto se difunde el agua
O Anisotropía fraccional: cómo de direccional es la difusión
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Interpretación diagnósticaO Color por orientación: los canales R, G, B
son las componentes de la dirección principal de difusión (e1) en los ejes X, Y, Z
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Interpretación diagnósticaO Tractografía: desde un punto “semilla”, se
sigue la dirección de difusión principal para trazar aproximaciones de los tractos nerviosos
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LimitacionesO Ruido y artefactosO Tiempo de adquisiciónO ¿Qué ocurre cuando la difusión no es
gaussiana?O Modelos multitensorO HipertensoresO Modelos no paramétricosO Múltiples “bes”
O Interpretación de los marcadoresO Dependencia con los parámetros de
adquisiciónO Dependencia con la tecnología de adquisición
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¿Preguntas?