Integrantes: Alejandra Maureira V. Natalia Soto F. Fecha: 23/05/2011 Asignatura: RM

TRACTOGRAFA

Neuroanatomia El estudio de la neuroanatoma se basa en la delimitacin de las diferentes estructuras y regiones del cerebro, sirve principalmente para saber cmo funciona y observar cmo los daos o las lesiones de reas especficas del cerebro afectan el comportamiento y otras funciones de los nervios. La neuroanatomia trabaja con : RMN* TAC PET Histologia

Neuroanatoma por RNM La resonancia magntica (RM) es una herramienta indispensable en el estudio de las enfermedades del sistema nervioso central. Las secuencias funcionales de resonancia magntica: Imgenes en difusin -DWITensor de difusin DTI- (Tractografa) Espectroscopa SRMPerfusin PRM

Son herramientas tiles, las cuales al sumarse con la resonancia magntica convencional dan como resultado una mayor capacidad diagnstica

Tractografa La tractografa es una herramienta que permite reconstruir y visualizar volumetricamente las fibras nerviosas de la sustancia blanca del SNC de forma no invasiva, detallando su distribucin y la de los tractos neuronales. Este instrumento posibilita el anlisis de la conectividad de las diferentes reas neuronales funcionalmente relacionadas. Utiliza la tcnica de tensor de difusin con resonancia magntica y el anlisis digital. As los tractos se pueden observar en imgenes de 2 a 3 dimensiones.

Qu son los tractos? Los tractos corresponden a un conjunto de axones (sustancia blanca) del sistema nervioso.

Las imgenes de resonancia magntica (RM) sensibilizadas por difusin son capaces de medir el movimiento aleatorio de las molculas de agua dentro de los tejidos enceflicos. Esta informacin permite estudiar la anatoma de la sustancia blanca y sus anormalidades.

Principios Fsicos Movimiento Brownniano o Difusin Molecular Durante la agitacin trmica, las molculas de agua libre, se encuentran en continuo movimiento, por lo que su posicin y orientacin espacial van cambiando de forma aleatoria.

Distribucin gaussianat: Tiempo r: Radio c: Concentracin (to t1 t2): Diferentes momentos

Ecuacin de la Varianza La varianza sta dada por el cuadrado del radio promedio de la distribucin.

r2=2 D t Donde D es un parmetro que depende del medio y se llama coeficiente de difusin y caracteriza la movilidad de las molculas en el medio.

La seal de RM es sensible a estos desplazamientos de traslacin molecular del agua libre, por lo siguiente: En fuertes gradientes magnticos:

La agitacin de las molculas de agua cambian la orientacin de los spin respecto a los momentos magnticos de las partculas a su alrededor, lo que implica interacciones spin-spin y en consecuencia mayor asincronismo en la relajacin. El movimiento de traslacin de las molculas de agua libre implica que los spins nucleares difundan hacia otras regiones donde se encuentran con campos, magnticos distintos, lo que origina cambios en la frecuencia de relajacin

Esto provoca una disminucin en la intensidad de la seal Se produce secundario al desfase entre los spins, adems la presencia de gradientes magnticos sobre un vxel, origina por s slo, una cada de seal, debido a que en los extremos del vxel se perciben campos magnticos diferentes y por tanto existir un mayor desfase y en consecuencia una cada de la intensidad de seal.

Se recurre a las gradientes bipolares para obtener una seal que dependa de la movilidad de los ncleos de los protones y borre la influencia del desfase del gradiente sobre los ncleos estticos, provocando diferencias en la difusibilidad de las molculas de agua entre los tejidos. Por lo tanto la prdida de seal en un vxel, despus de aplicar un gradiente bipolar ser por el movimiento de los ncleos de hidrgeno del agua libre. En esto se basa el esquema o tcnica de Stejskal y Tanner (mtodo de la difusin)

Valor b Describe al grado de difusin Est determinado por el tipo de gradiente

Duracin ( ) Fuerza (G) del pulso de gradiente El intervalo entre dos pulsos ( )

valor b=b= 2G2 2( /3)/3) valor 2G2 2( - -

Valor bPuede incrementarse por:Pulsos fuertes (G) y largos ( )

( )+( )Alargamiento del tiempo entre los pulsos ( )

( )+( )

TE y la potenciacin en T2

Valor b Si es pequeo la sensibilidad a los movimientos de difusin es mnima y el contraste T2 es dominante. Para eliminar la contaminacin T2, hay que obtener imgenes calculadas a partir de imgenes con diferentes valores b, preferiblemente con diferentes valores de la amplitud del gradiente. Adicionando los gradientes de difusin a una secuencia cualquiera de RM se forman las imgenes potencias en difusin. La intensidad de seal de cada vxel en una imagen potenciada en difusin est influenciada por el cambio del valor b, la secuencia de pulso y por 2 parmetros intrnsecos de los tejidos: Tiempo de relajacin spin-spin Coeficiente de difusin aparente (ADC). El cual refleja la difusibilidad molecular en presencia de restriccin, tales como la viscosidad o barreras espaciales

DifusinDIFUSION ISOTROPICA Es la misma en todos los sentidos Sustancia Gris

DIFUSION ANISOTROPICA

En un solo sentido

Sustancia Blanca

Tensor de DifusionLa anisotropa de la difusin sta causada por la orientacin de las fibras del tracto e influenciada por las siguientes caractersticas: Microestructural -Organizacin intra axonal. -Densidad de la fibra. -Paquete neuroglial. -Grado de mielinizacin. -Dimetro individual de la fibra. Macroestructural -Variacin en la orientacin de los tractos de sustancia blanca.

Elipsoide

Matriz 3x3

Stejskal-TannerEl grado de difusin es un parmetro que esta determinado por el tipo de gradiente. El elipsoide es estimado a partir de las ID. La estimacin se basa en la ecuacin de Stejskal-Tannerla cual relaciona: Duracin de la gradiente Amplitud de la gradiente Intervalo entre los gradientes de difusinCalculo de los ejes: Fractional Anisotropy (FA) Mean Diffusivity (MD) La duracin del gradiente y el intervalo entre gradientes determina el tiempo durante el cual se mide la difusin que se denomina tiempo de difusin.

Tensor de Difusin Las propiedades de la difusin del agua son evaluadas usando las coordenadas espaciales x y z. Se asignan colores a los haces de fibras nerviosas dependiendo de la direccin del desplazamiento del agua. Los colores informan la orientacin predominante de las fibras en un sistema de coordenadas tridimensionales.

El rojo: direcciones en el eje X (fibras comisurales) El verde: direcciones en el eje Y (fibras de asociacin) El azul: direcciones en el eje Z (fibras proyeccin)

Derecha-izquierda

Anterior-posterior

Supero-Inferior

Matriz 3x3 Con una matriz o tensor 3x3 se pueden describir las propiedades de difusibilidad de un medio anisotrpico. La matriz del tensor de difusin tiene 9 elementos, de los cuales 3 son iguales (tensor simtrico). Los otros 6 son calculados de 6 imgenes obtenidas de los gradientes de difusin no alineados.

De los cuales: Eigenvalores o Valores propios: Corresponden a 3 valores y son diagonales a lo largo del eje principal, refleja el tamao del elipsoide. En el DTI los eigenvalores son caracterizados en cada vxel. Eigenvectores o Vectores propios: Es la direccin principal de difusibilidad en el medio. Los eigenvalores y los eigenvectores generan el mapa de color de la sustancia blanca, en los cuales la intensidad representa la anisotropa y el color representa la direccin.

D=

Dxx Dxy Dxz Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz

Lineal

Planar

Isotrpica = Esfera Anisotrpica = Elipsoide

S. blanca subcortical Crtex Cuerpo calloso Crtex: Somas de las neuronas. Difusin isotrpica. Cuerpo calloso, S. Blanca subcortical: Axones de las neuronas. Difusin anisotrpica, aunque con distinto eje de anisotropa por distinta direccin de los eigenvectores.

Adquisicin de datos El proceso de adquisicin del DTI consiste en una codificacin espacial en difusin, por lo tanto el DTI sta influenciado por la fuerza, nmero y orientacin de los gradientes. El DTI en cada vxel es diagonalizado para obtener los eigenvalores e eigenvectores para cada vxel. Se asocia el eigenvector con el eigenvalor mayor para representar la direccin local de la fibra.

El mapa de color de la sustancia blanca es creado en base a los 3 elementos vectoriales del eigenvector para cada vxel. El valor absoluto de estos elementos es asignado en color rojo (elemento x), en color verde (elemento y) y en color azul (elemento z). Si el principal eigenvector es alineado a lo largo del eje x, el color rojo es asignado al vxel correspondiente, mientras que si el eigenvector es de 45 (entre el eje x y el eje y) el color rojo ms el color verde es asignado al vxel correspondiente.

Los equipos de RM producen, por un medio de la DTI, una imagen de referencia y un conjunto de al menos seis imgenes correspondientes a distintas direcciones de difusin. Estas imgenes no determinan directamente el tensor de difusin, los elementos de la matriz del tensor de difusin se deben calcular a partir de las imgenes adquiridas. Del tensor de difusin se pueden construir algunos tipos de mapas que son tiles para interpretar los resultados.

Se comienza con una adquisicin de datos normales en 2D y 3D. Para la adquisicin de imgenes en difusin.

Se adquieren imgenes potenciadas en difusin con 6 ms direcciones de sensibilizacin, y una imagen sin potenciacin en difusin (eco-planar potenciada en T2).

Valores propios mximos

Simplifica los datos, indicndonos el valor propio de mayor valor, en una escala comprendida entre 0 (isotrpica) y 1 (anisotrpica), de manera que las regiones hiperintensas son reas potenciales de localizacin de vas neuronales

Vectores propios

Nos indica en una imagen FA, con una codificacin de colores, la direccin del vector propio de mayor valor del tensor, y por tanto, la direccin de las vas neuronales.

Fraccin Anisotrpica (FA) que cuantifica la movilidad de las molculas de agua dentro del axn.

Mtodo 2D-DTI: En un solo corte es difcil percibir las estructuras del cerebro (3D volumen). Cdigo de colores (Colorcording): relacionado con los ndices de anisotropa

Colorcoding direccin principal de difusin: la codificacin de acuerdo con la direccin del vector principal para la difusin de los valores de FA y absoluta x, y, z se utiliza con rojo, verde y azul (modelo RGB).

Glyphing Los glyphs son los iconos que representan la informacin local del tensor de difusin. 2D glyphs: Da la impresin de que las regiones estn unidas (pero estas relaciones slo pueden ser visibles en 3D)

Dos tipos de glyphs: - Elipsoides - Cuboides

Mtodo 3D - Glyphing PROBLEMA: orientacin de las fibras no es tan lineal, puede haber puntos de bloqueo cuando se aplica en 3D No es posible evaluar todas las fibras mediante la aplicacin de un solo glyphs.

Seguimiento de la Fibra Seguimiento de la fibra simplifica el campo de tensores de un campo de vectores de acuerdo con la direccin del vector principal, este campo vectorial se hace continuo mediante la tcnica de interpolacin; el accidente cerebrovascular es tangencial al campo vectorial y el camino trazado es "a travs de fibra o de los nervios."

Puntos de Semilla (ROI) Puntos de semillas (ROI): Ajuste manual de retorno del ROI, donde las fibras comienzan, el comienzo del trazado en todos los vxeles, haciendo conexin entre cada uno, Solo se obtendr el seguimiento de la fibra seleccionada anteriormente.

Fiber Tracking

Fiber Clustering

APLICACIONES Las mediciones del tensor de difusin han sido utilizadas para investigar el desarrollo del cerebro y para auxiliar las planeaciones neuroquirrgicas. Enfermedades: -Enfermedad desmielinizante* -SIDA -Esclerosis Multiple* -Esquizofrenia* - Planeamiento Quirrgico -Epilepsia -Migraa -Alzheimer* -Tumores*

Alteraciones del desarrollo La tractografa pone de manifiesto: Conexiones hemisfricas anormales de la agenesia parcial o completa del cuerpo calloso. Descenso en la anisotropa de la sustancia blanca adyacente a una corteza malformada. Un curso aberrante de los tractos de la sustancia blanca.

ENFERMEDAD DESMIELINIZANTE La esclerosis mltiple se ve en el estudio 3D de las vas adyacentes y en el anlisis de reas aparentemente normales en RM convencional, mostrando una reduccin de la anisotropa e incremento de la difusin que se traduce en un dao estructural inadvertido con otras tcnicas de imagen.

ACV ISQUEMICALa ACV isqumica cerebral se puede detectar tempranamente adems del pronostico se puede lograr un manejo a largo plazo de las secuelas, debido a su capacidad de valorar la integridad de los tractos adyacentes al rea isqumica.

Alteraciones de la Sustancia Blanca Desplazamiento Interrupcin Invasin Infiltracin Edema

Desplazamiento La anisotropa se mantiene, pero el tracto est desplazado fuera de su posicin habitual. Se observa en lesiones de crecimiento lento, meningiomas y metstasis.

Interrupcin Se produce uma reduccin de la anisotropa,siendo difcilmente identificable el tracto en el mapa de color. Se da en procesos de rpida evolucin y destructivos (como en los tumores que destruyen parte del tracto) .

InvasinSe observa reducida la anisotropa pero permanece la orientacin en el mapeado de color.

Infiltracin La anisotropa se reduce, desplazamiento de la arquitectura de la sustancia blanca,con perdida del patron normal de colores en el mapa. Se observa en gliomas infiltrantes.

Edema Reduccin de la anisotropa del tracto, el cual conserva su patrn normal de colores en el mapa direccional. Se observa en reas de edema vasognico y en la metstasis.

Casos Clnicos Procesos expansivosSe ve un proceso expansivo a nivel de la rodilla donde los tractos de la sustancia blanca se encuentran destruidos. En procesos expansivos se utiliza para una planificacin prequirrgica.

Representacin 3D de los tractos en los planos sagital y axial potenciadas en T1, donde se observa la interrupcin de un fascculo longitudinal.

Esclerosis mltiple Mapa de DTI que demuestra una placa desmielinizante activa a nivel del fascculo longitudinal inferior izquierdo, aprecindose menor espesor de una de sus fibras respecto a su contralateral, siendo proporcional a los valores de la fraccin de anisotropa; los cuales tienen real valor diagnstico.

Oligodendroglioma

Nervio Mediano

Tracto grafa del Nervio Mediano

Estudios Cardiacos

Limitaciones Presencia de ruido Artefactos de movimiento Baja resolucin espacial Volumen Parcial

Todas estas fuentes de incertidumbre en la direccionalidad de las fibras redundan en errores acumulativos en la ubicacin de las fibras trazadas.

Conclusiones La imagen de tractografa basada en el DTI es el nico mtodo no invasivo para el estudio de la sustancia blanca. Es til en el diagnstico y pronstico de las enfermedades neurolgicas aportando informacin adicional a las secuencias convencionales de RM sobre la morfologa estructural del tejido cerebral. Para una adecuada interpretacin de estos mapas el radilogo necesita tener un buen conocimiento de la localizacin, origen y terminacin de los tractos de la sustancia blanca en el sistema nervioso central, adems de comprender los efectos de los artefactos originados de la adquisicin de imgenes y procesamiento de los datos.