RM Diffusion Imaging for Brain Diagnosis

1. RM DIFUSIÓN (DWI) TENSOR DE DIFUSIÓN (DTI) • ¿Qué es la difusión ? • ¿Qué es la RM difusión? • ¿Qué es el Tensor de difusión (DTI)? • ¿Cuáles son las bases del DTI? • ¿Cómo se procesan los datos de RM y cuáles son los datos necesarios?

2. ¿QUÉ ES LA DIFUSIÓN ? • En un vaso de agua, las moléculas de agua se mueven libremente: este fenómeno recibe el nombre de difusión isotrópica. • En el cerebro las estructuras que rodean al agua impiden que sus moléculas se mueven tan libremente y su movimiento queda restringido • El coeficiente de difusión cambia con la dirección, y por tanto el tamaño o magnitud de la difusión cambia con la dirección: este fenómeno recibe el nombre de difusión anisotrópica • Se puede utilizar a la RM para obtener imágenes o mapas de los coeficiente de difusión en el cerebro

3. DIFUSIÓN Movimiento browniano (difusión, teoría cinético-molecular): colisión aleatoria de las moléculas de agua en un sistema en equilibrio térmico.

4. Difusión isotrópica: Igual en todas las direcciones(“esfera”) Difusión anisotrópica: Restringida en una o más direcciones (“cilindro”) ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA

5. GOTA DE TINTA kleenex periódico Isotrópica Anisotrópica ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍAEJEMPLOS

6. RM DIFUSIÓN • ¿Qué es la RM difusión? • Es una técnica de RM recientemente desarrollada que proporciona información cuantitativa sobre la integridad y orientación de los tractos de sustancia blanca en el cerebro. • Es el único método que demuestra morfológicamente “in vivo” la lesión de las vías neuronales. • ¿Qué es el Tensor de Difusión? (DTI) • El DTI es una aplicación de la RM difusión en donde se obtienen “sets” de imágenes potenciadas en difusión con gradientes de difusión aplicados en diferentes direcciones. • Esta técnica permite detectar la difusión anisotrópica en medios tales como la sustancia blanca cerebral.

7. ¿QUÉ ES EL TENSOR DE DIFUSIÓN (DTI)? • Con una matriz o tensor 3x3 se pueden describir las propiedades de difusibilidad de un medio anisotrópico. • Los valores propios o eigenvalues del tensor de difusión son los coeficientes de difusión en las tres principales direcciones de difusibilidad, y el vector propio o eigenvector correspondiente al mayor valor propio es la dirección principal de difusibilidad en el medio. Dxx Dxy Dxz D = Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz

8. Lineal ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA RECONSTRUCCIÓN 3D • Eigenvectors del elipsoide: ejes de simetría. • Eigenvalues: valor de escala a lo largo de los ejes. Planar Isotrópica = Esfera Anisotrópica = Elipsoide

9. S. blanca subcortical Córtex Cuerpo calloso Córtex: Somas de las neuronas. Difusión isotrópica. Cuerpo calloso, S. Blanca subcortical: Axones de las neuronas. Difusión anisotrópica, aunque con distinto eje de anisotropía por distinta dirección de los eigenvectors

10. (0,0,0) (x,y,0) (x,0,z) (0,y,z) (-x,y,0) (-x,0,z) (0,-y,z) T2 Adquirimos imágenes potenciadas en difusión con 6 ó más direcciones de sensibilización, y una imagen sin potenciación en difusión (eco-planar potenciada en T2). Los valores de intensidad de señal se introducen en una matriz de cálculo (tensor)

11. ANISOTROPÍA FRACCIONAL (FA) VALORES PROPIOS MÁXIMOS Simplifica los datos, indicándonos el valor propio de mayor valor, en una escala comprendida entre 0 (isotrópica) y 1 (anisotrópica), de manera que las regiones hiperintensas son áreas potenciales de localización de vías neuronales

12. Mapa en color de codificación de dirección (DEC) Rojo = | vx | Verde = | vy | Azul = | vz | Derecha-Izquierda Anterior-posterior Superior-inferior ANISOTROPÍA FRACCIONAL (FA)VECTORES PROPIOS Nos indica en una imagen FA, con una codificación de colores, la dirección del vector propio de mayor valor del tensor, y por tanto, la dirección de las vías neuronales. Vectores propios en escala de colores según codificación propuesta por Pierpaoli (cráneo-caudal = azul; artero-posterior = verde; látero-medial = rojo)

13. TRACTOGRAFÍA DE LAS VÍAS NEURONALES EN 3D MEDIANTE TENSOR DE DIFUSIÓN FIBRAS CALLOSAS Si simplificamos el tensor en función del vector propio de mayor valor, podemos hacer una reconstrucción en 3D describiendo una trayectoria que corresponderá a la vía neuronal, permitiéndonos hacer un estudio tractográfico o “fiber-tracking”

14. PATRONES DE AFECTACIÓN DE LA SUSTANCIA BLANCA • Desplazamiento: Se observa principalmente en lesiones de crecimiento lento y en metástasis • Interrupción: Procesos de rápida evolución y destructivos. • Invasión: Astrocitomas variable en grados. Linfomas. • Infiltración :Típico de la gliomatosis cerebri • Edema: Se observa especialmente en metástasis Field et al. AJNR Am J Neuroradiol. 2004;25:356–369 DESPLAZAMIENTO: La anisotropía se mantiene o se altera levemente,con un tracto inalterado,presentando una localización/orientación anormal. DESPLAZAMIENTO

15. INTERRUPCIÓN INTERRUPCIÓN :Reducción sensible de la anisotropía,siendo difícilmente identificable en el mapa de color FA INFILTRACIÓN: La anisotropía se encuentra ligeramente reducida,sin desplazamiento de la arquitectura de la sustancia blanca,permaneciendo a su vez identificable la orientación en mapa de colores y la tractografía. INFILTRACIÓN

16. INVASIÓN INVASIÓN: Reducida la anisotropía pero permaneciendo la orientación en el mapeado de color EDEMA: Reducción de la anisotropía con una orientación mantenida pero localizada en área con señal anómala en imágenes potenciadas en T2. EDEMA