fMRI cerebral y tractografía.

Nicolás Araya RiquelmeIV Tecnología Médica, RFM

Universidad de Chile

Cerebro Estudio Funcional BOLD

Este protocolo esta diseñado para identificar los cambios de susceptibilidad magnética en el tejido cerebral determinado por el nivel de consumo de oxigeno.• Scout 3 planos (survey/SHC)• Ajuste Sinergia (SENSE Head) • T1 FFE 3D ISO • Adquisición BOLD axial: fMRI_MANO DER, fMRI_EXPRESION,

fMRI_COMPRENSION.• T1 Axial• T2 Axial• FLAIR Axial• T2 Coronal• El estudio requiere de la utilización y ejecución de paradigmas

sincronizados con la adquisición de las imágenes.

Imágenes Funcionales

PET

Flúor-18 99mTc

SPECT fMRI

Flujo sanguíneo cerebral regional (FSCR)

Consumo de glucosa cerebral

DeoxihemoglobinaFenómeno BOLD

(Blood Oxygenation-Level Dependent)

Suministro de oxigeno

Respuesta hemodinámica, efecto BOLD y Fenómeno de susceptibilidad

Respuesta Hemodinámica mediada por neuropéctidos

Respuesta hemodinámica, efecto BOLD y Fenómeno de susceptibilidad

Efecto de susceptibilidad magnética.

Efecto “BOLD”, activación neuronal local debida a la sobrecompensación de flujo sanguíneo cerebral regional.

Respuesta hemodinámica, efecto BOLD y Fenómeno de susceptibilidad

Ejemplo de susceptibilidad: Perfusión Cerebral Susceptibilidad magnética por contraste exógeno

Se observa la pérdida de señal perivascular asociada con la llegada del gadolinioal lecho capilar.

Functional Magnetic Resonance (fMRI)

• Resonador de 1,5 T• Gradientes potentes (mayores de 30 mT/m)• Secuencias ecoplanares rápidas de gradiente

eco (GE-EPI) diseñados para fMRI• Antena de cráneo, Adquisición paralela (SENSE,

ASET o iPAT)• Técnica de adquisición de imagen: Paradigmas

de estimulación repetida y secuencias GE-EPI que ‘’corran’’ simultáneamente

Logística, equipo de trabajo y preparación del paciente para fMRI

Paradigmas• Experimentos de estimulación cerebral:Superar la baja señal-ruidoActivar solo zonas elocuentes relacionadas

Diseño de paradigma en bloques y secuencia GE-EPI de adquisición de datos.

Paradigmas

• en la practica clínica el mapeo pre quirúrgico es el examen de fMRI mas solicitado.

• Debe estudiar la corteza motora primaria, corteza sensitiva primaria y centros del lenguaje

Áreas de Brodmann.

Activación del área motora/ somatosensorial de la mano derecha. Giro precentral, área de Brodmann 4.

Activación de las áreas del lenguaje expresivo, Broca: áreas de Brodmann 44 y 45; y de comprensión, Wernicke: áreas de Brodmann 39 y 40.

Adquisición del examen funcional y

procesamiento de los datos

• Experimento o paradigma funcional (GE-EPI sensible a T2*)

• Los mapas paramétricos se sobreponen en imágenes estructurales 2D o 3D (GE T1) de alta resolución

Mapeo neurofuncional en el planeamiento prequirúrgico cerebral

• Localizar las áreas elocuentes y su relación espacial con el tumor y la cirugía planeada.

• Definir la dominancia hemisférica para algunas funciones cerebrales específicas, por ejemplo, el lenguaje.

• Definir la plasticidad cerebral en los pacientes con lesiones previas que puedan haber cambiado la localización de las áreas funcionales primarias.

• Localizar focos epilépticos

Mapeo neurofuncional en el planeamiento prequirúrgico cerebral

a b c

RMF en paciente con astrocitoma de bajo grado. Mapeo de la corteza motora/somatosensorial y su relación con el tumor. Paradigmas motor/somatosensorial de (a) mano derecha, (b) pie derecho y (c) reconstrucción 3D de pie derecho.

Evaluación prequirurgica de Tumores

fMRI_MANO DER

fMRI_EXPRESION

fMRI_COMPRENSION

Volumen view: T1 W/3D ISO

Motor Mano Derecha

Sistema piramidal

Expresión

Comprensión

Áreas del lenguaje

(planeación y ejecución del habla)

(representación y reconocimiento de

patrones fonéticos del lenguaje)

Cerebro - estudio tractografico

Cerebro - estudio tractografico• Scout 3 planos (survey/SHC)• Ajuste Sinergia (SENSE Head) • Adquisición TWI Axial ( a lo menos 6 direcciones)• T1 Axial• T2 Axial• FLAIR Axial• T2 Coronal• T1 Sagital • T1 FFE 3D ISO

Anisotropía fraccional

• Hacia donde el agua fue empujada• La difusión en la materia blanca es a menudo fuertemente

anisotrópica• Cuando hablo de anisotropía, hablo de un concepto. Como

es el comportamiento del agua cuando aplico gradiente; entendida como resultado de activación de gradiente.

Mapa de anisotropia fraccional (rojo, de izquierda a derecha, el verde, anterior a posterior; azul, craneal a caudal)

Tensor de difusión TWI • El modelo tensor se desarrolló para caracterizar la difusión

en los voxels anisotrópico, donde no pueden ser representados por un solo valor, debido a su dependencia direccional

• Tensor de difusión en varias direcciones, b=0, b=1000…• Necesito por lo menos 6 direcciones para hacer

tractografía. la representación abstracta de los tensores en una cuadrícula de 5 × 5, con dos regiones de interés (ROI) (rojo y verde).

Fiber tracking/ANATOMIC SENSECoronal

Imagen anisotropica fraccional en el volumen

Fiber tracking/ANATOMIC SENSESagital

Fiber tracking/ANATOMIC SENSETransversal

Fiber Tracking/FACoronal

Anisotropia fraccional

Fiber Tracking/FASagital

Fiber Tracking/FATransversal

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Tractografía

Resonancia funcional motora de mano izquierda, en la cual se visualiza el área motora primaria (SM1) y el área motora suplementaria (SMA). Estas áreas se utilizan para generar los ROIs utilizados para seleccionar tractos.

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2b

Fibras seleccionadas utilizando ROI generadocon fMRI de zona motora primaria de mano izquierda. a) ROI amarillo, con las fibras respectivas seleccionadas. b) Sólo se muestran las fibras.

Fibras corticoespinales seleccionadas utilizando ROI generado con fMRI de zona motora primaria de mano Izquierda , y un segundo ROI dibujado en el mesencéfalo.

a) ROI generado con fMRI (color amarillo), y ROI dibujado en el mesencéfalo (color rojo), con fibras respectivas seleccionadas. b) Sólo se muestran las fibras seleccionadas..

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3b

Bibliografía • Introducción práctica a la resonancia magnética funcional

cerebral (RMF), Delgado JA, Rascovsky S, Sanz A, Castrillón JG• Neurología. 2010;25(5):314—321• Revista Chilena de Radiología. Vol. 14 Nº 4, año 2008; 227-

230.• http://www.neurorradiologia.cl• Diffusion-Tensor MR Imaging and Tractography: Exploring

Brain Microstructure and Connectivity• Tuberous sclerosis complex: is there evidence to establish a

genotype-phenotype correlation?• Rev CubanaPediatr 1999;71(3):160-7 (ESCLEROSIS TUBEROSA.

REVISIÓN)• An Bras Dermatol. 2012;87(2):184-96.• Imágenes Resonancia magnética INCA