Neuroimagen: importancia de las tecnicas de imagen en la caracterizacion de loes cerebrales


Neuroimagen: importancia de las técnicas de imagen en la caracterización de loes cerebrales

Alejandra Arévalo Sáenz
Residente de Neurocirugía
Hospital Universitario de la Princesa

Técnica

Los recientes avances tecnológicos en el campo de la resonancia magnética (RM ) con la aparición de unidades de RM de alto campo, desarrollo de secuencias rápidas de adquisición de imágenes y mejorías en el software han abierto las puertas a la RM como una herramienta diagnóstica para sistema nervioso central.

Los equipos de RM presentan las siguientes ventajas e inconvenientes respecto a la TC:

VENTAJAS:

    – Alta resolución de contraste de los tejidos
    – Ausencia de radiación.
    – Secuencias en los tres planos del espacio

INCONVENIENTES:

    – Menor disponibilidad.
    – Mayor duración.
    – Mayor precio.
    – Contraindicaciones de la RM

Los equipos de 3T tambien presentan una serie de ventajas y desventajas comparado a equipos de 1.5 T.

Desventajas:

– Es mas difícil mantener un campo magnético homogéneo debido a que la susceptibilidad magnética de los diferentes tejidos.
– Los equipos de 3T cuadriplican el SAR respecto a un equipo de 1.5 T.
– Presenta nuevos artefactos: Ondas estacionarias, artefactos de conductividad, aumenta los artefactos ya conocidos de susceptibilidad magnética y de desplazamiento químico,

Ventajas:

– Aumento de la relación SNR, que permite un aumento en la resolución espacial o temporal.

Diagnóstico de los tumores cerebrales

No sustituye a la AP.

Excepciones: gliomas difusos se acepta la posibilidad de iniciar un tratamiento sin histología.

Los tumores extraparenquimatosos, algunos casos de meningiomas o neurinomas puede guiarse el tratamiento por la imagen con un pequeño margen de error.

Fig2.- Ejemplo de glioma de bajo grado intervenido. Secuencia T2 de RM para guiar

la resección. En la parte superior imagen preoperatoria: corte axial en secuencia T2. En la parte inferior estudio basal intraoperatorio: corte axial en secuencia T2.

Interés de la neuroimagen en los tumores cerebrales

Tanto la cirugía como la radioterapia son técnicas que dependen de la imagen para su planificación.

Los primeros tratamientos quirúrgicos se basaban en exploración neurológica (enorme margen de error)

En el momento actual, la RM es un estándar (permite navegación).

La cirugía cerebral tiene unas limitaciones peculiares.

GLIOMAS DE ALTO GRADO

En gliomas de alto grado : (secuencias T1Gd) corresponde a tumor sólido, sin parénquima discernible en su interior.

En las áreas periféricas que no captan contraste, pero son anormales en secuencias de RM potenciadas en T2 o hipodensas en TC pueden encontrarse células tumorales identificables por su núcleo patológico.

(Kelly P.J. Computed tomography and histologic limits in glial neoplasms: tumor types and selection for volumetric resection. Surg Neurol. 1993; 39:458-65)

Se acepta que la RM convencional no es suficiente para discriminar la extensión de la parte invasiva del tumor

(Tovi M, Hartman M, Lilja A, Ericsson A. MR imaging in cerebral gliomas. Tissue component analysis in correlation with histopathology of whole- brain specimens. Acta Radiol. 1994; 35:495-505).

Estándar: la comprobación mediante RM de que tras la cirugía no quedan áreas que capten contraste.

GLIOMAS DE BAJO GRADO

La información de la RM es menos precisa, estudios básicos con secuencias ponderadas en T2 sin precisión.

Fig3.-Imagen de RM de tumor talámico.

Fig4.-Imagen de PET de tumor talámico: en rojo y amarillo las áreas de malignización

Transformación maligna de astrocitoma. AP glioma IV Dos focos de aumento del VSCr

Fig 5b: Focos de menor ADC
Fig 5c: Aumento de la colina en la vertiente anterior del lecho tumoral.

Últimos trabajos

Complementando información estructural con la funcional y metabólica.

Mejorar la definición preoperatoria de tumor invasivo fuera de las áreas de captación de contraste utilizando la espectroscopia por RM.

Los trabajos se han centrado más en gliomas de bajo grado o con aspecto atípico.

McKnight T, von dem Bussche MH, Vigneron D, Lu Y, Berger M, McDermott M, et al. Histopathological validation of a three-dimensional magnetic resonance spectroscopy index as a predictor of tumor presence. J Neurosurg. 2002; 97:794-802 .

Ganslandt O, Stadlbauer A, Fahlbusch R, Kamada K, Buslei R, Blumcke I, et al. Proton magnetic resonance spectroscopic imaging integrated into image-guided surgery: correlation to standard magnetic resonance imaging and tumor cell density. Neurosurgery. 2005; 56(2 Supl):291-8.

PET utilizando 11C-metionina en GBM (áreas más extensas que en captación con gadolinio)

(Miwa K, Shinoda J, Yano H, Okumura A, Iwama T, Nakashima T, et al. Discrepancy between lesion distributions on methionine PET and MR images in patients with glioblastoma multiforme: insight from a PET and MR fusion image study. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2004; 75:1457-62.).

Se ha publicado recientemente que las resecciones completas verificadas con PET con 11C-metionina tienen mejor correlación con el pronóstico que las resecciones completas comprobadas por RM

Kracht LW, Miletic H, Busch S, Jacobs AH, Voges J, Hoevels M, et al. Delineation of brain tumor extent with [11C]L-methionine positron emission tomography: local comparison with stereotactic histopathology. Clin Cancer Res. 2004; 10:7163-70.

Pirotte BJ, Levivier M, Goldman S, Massager N, Wikler D, Dewitte O, et al. Positron emission tomography-guided volumetric resection of supratentorial high-grade gliomas: a survival analysis in 66 consecutive patients. Neurosurgery. 2009; 64:471-81. discussion 481

Espectroscopía por resonancia magnética

Principales metabolitos de un tejido.

Según a que molécula estén unidos los hidrógenos, presentarán un distinto desplazamiento químico y por tanto una posición concreta en el espectro, definida en partes por millón (ppm)

Horsk A, Barker P.B. Imaging of brain tumors: MR spectroscopy and metabolic imaging. Neuroimaging Clin N Am. 2010; 20:293-310.

Su utilidad va más allá de la caracterización (Fig 6) y el diagnóstico diferencial.

Fig 6- Ligero incremento del rCBV. Espectro dentro de la normalidad sin clara presencia de lactato ni perdida neuronal con NAA/Cr de 1.8 y sin indicios de lesión proliferativa de alto grado

Logra dar respuestas o diagnósticos que la MRI morfológica convencional no puede dar, incluso establecer un pronóstico del paciente en cuestión.

Degeneración walleriana secundaria a Adrenoleucodistrofia

Un empeoramiento de la ratio Naa/Cr tras un año de evolución, parámetro que puede usarse como índice pronóstico .
(Venkatesh et al. J. Magn. Reson. Imaging 2001; 14:8-15, 2001

Fig8-Espectroscopia de control

• Colina (Cho): Proliferación celular y disminuye con la respuesta al tratamiento.

• N-acetil-aspartato (NAA): Es marcador neuronal y su concentración baja siempre que hay destrucción o desplazamiento de las neuronas. Aumenta con la respuesta al tratamiento.

• Lípidos libres (de 0,8 a 1,5ppm) y lactato (a 1,32ppm): Destrucción celular e isquemia, en general indicando una mayor agresividad.

Punto clave : Su aplicación clínica es limitada.

Resonancia magnética funcional

La RMf: zonas de activación cortical al realizar determinadas tareas.

Secuencias BOLD que emplean la hemoglobina desoxigenada venosa (deoxihemoglobina) como agente de contraste endógeno.

Permite estudiar la actividad funcional cerebral de forma indirecta y no invasiva, que luego se fusiona con la imagen anatómica

Gupta A, Shah A, Young RJ, Holodny A.I. Imaging of brain tumors: functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging. Neuroimaging Clin N Am. 2010; 20:379-400.

fig 9A-resonancia magnética funcional

fig 9B-resonancia magnética funcional

En la práctica clínica los paradigmas más comúnmente usados son los motores y los del lenguaje.

Estudios que comparan la RMf motora con la estimulación directa cortical en pacientes despiertos han encontrado una excelente correlación.

Fandino J, Kollias SS, Wieser HG, Valavanis A, Yonekawa Y. Intraoperative validation of functional magnetic resonance imaging and cortical reorganization patterns in patients with brain tumors involving the primary motor cortex. J Neurosurg. 1999; 91:238-50.

Nuevas técnicas de RM. Perfusión por RM.

El objetivo es determinar la angiogénesis .

Mayor aplicación clínica es el «estudio dinámico del efecto de susceptibilidad del contraste con secuencias potenciadas en T2*».

Thompson G, Mills SJ, Stivaros SM, Jackson A. Imaging of brain tumors: perfusion/ permeability. Neuroimaging Clin N Am. 2010; 20:337-53.

Análisis dinámico del primer paso de un bolo de contraste. El área de la curva de descenso de señal es proporcional al volumen de sangre cerebral (CBV por sus siglas en inglés) en ese tejido

Valores relativos que deben compararse con los de la sustancia blanca sana, por lo que el valor obtenido es relativo (rCBV).

Menos utilizada es la perfusión ASL (Arterial SpinLabeling), que no requiere contraste exógeno, sino que «marca» la sangre de las arterias carótidas y vertebrales mediante un pulso de radiofrecuencia y evalúa cómo llega esa sangre al cerebro, que actúa como contraste endógeno.

Fig10- Perfusión por RM» width=»695″ height=»490″ class=»size-full wp-image-4269″ /> Fig10- Perfusión por RM

Técnica de fácil realización, robusta y contrastada. Permite obtener valores de CBV de manera no invasiva, de gran utilidad en la valoración de tumores.

Difusión

Valora el movimiento aleatorio de las moléculas de agua libre .

Latour LL, Svoboda K, Mitra PP, Sotak C.H. Time-dependent diffusion of water in a biological model system. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994; 91:1229-33.

Se aplican unos gradientes: mayor gradiente (mayor «factor b»), más potenciación en difusión. ( apparent diffusion coefficient (ADC)

Una disminución del espacio extracelular :disminución de la difusión (infarto cerebral agudo) Por el contrario, el edema vasogénico facilita la difusión del agua.

Estima la celularidad de un tejido (densidad celular).

Punto clave : La difusión es una técnica rápida y robusta que permite estimar la celularidad de un tejido, con múltiples aplicaciones potenciales en la valoración de tumores que se van añadiendo a la práctica clínica habitual.

fig11- Imagen por difusión glioma grado IV

Tensor de difusión y tractografía

Aplicando los gradientes en distintas direcciones: anisotropía.

La difusión está facilitada siguiendo la orientación de los axones.

La difusión de las moléculas de agua en un volumen forma una elipse.

Dirección del eje X (transverso, derecha-izquierda) son coloreadas en rojo; eje Y (antero-posterior) se colorean en verde y las del eje Z (cráneo-caudal) en color azul.

Gupta A, Shah A, Young RJ, Holodny A.I. Imaging of brain tumors: functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging. Neuroimaging Clin N Am. 2010; 20:379-400.

TD o DTI obtenemos por tanto:

    • Imágenes de difusión, tanto globales como para cada dirección del gradiente, y el mapa ADC. • Imágenes de FA.

    • Imágenes de FA coloreadas según la orientación de las fibras.

A partir de las imágenes de tensor de difusión: reconstrucción tridimensional (3D) denominada tractografía.

Fig12.- reconstrucción tridimensional (3D) denominada tractografía

APLICACIÓN CLÍNICA DE LAS TÉCNICAS DE IMAGEN: Diagnóstico y caracterización tumoral

Espectroscopía por resonancia magnética

Los espectros de las metástasis y los gliomas de alto grado son similares en la zona de realce pero diferentes en la zona peritumoral.

Índice Cho/Cr de la zona peritumoral, que está aumentado en gliomas de alto grado y es normal o está disminuido en las metástasis.

En el linfoma: pico lípidos/lactato.

En lesiones extraaxiales: un aumento de la colina con un característico descenso de la creatina y ausencia de NAA. En los meningiomas : alanina. Altamente específico.

Omuro AM, Leite CC, Mokhtari K, Delattre J.Y. Pitfalls in the diagnosis of brain tumours. Lancet Neurol. 2006; 5:937-48.

Law M, Cha S, Knopp EA, Johnson G, Arnett J, Litt A.W. High-grade gliomas and solitary metastases: differentiation by using perfusion and proton spectroscopic MR imaging. Radiology. 2002; 222:715-21.

TC con CIV y RM. Marcada hipercelularidad tumoral y aumento contraste por disrupción de la BHC. Obsérvese también el escaso efecto de masa en relación al esperado por el tamaño de la lesión.

Fig13A-TC con CIV y RM

Espectroscopía tumoral con aumento de lípidos y de Colina y disminución de la Creatinina. Índice Colina / Creatinina elevado.

Fig 13B.- Espectroscopía tumoral con aumento de lípidos y de Colina y disminución de la Creatinina. Índice Colina / Creatinina elevado.

Útil en la diferenciación entre los abscesos y los tumores cerebrales agresivos.

Abscesos no hay aumento de la Cho y sí de muchos picos anómalos.

En lesiones desmielinizantes pseudotumorales parece existir un menor descenso del NAA respecto de los tumores.

Diferenciación del linfoma frente a toxoplasmosis y encefalopatía multifocal progresiva en inmunodeprimidos.

Chiang IC, Hsieh TJ, Chiu ML, Liu GC, Kuo YT, Lin W.C. Distinction between pyogenic brain abscess and necrotic brain tumour using 3-tesla MR spectroscopy, diffusion and perfusion imaging. Br J Radiol. 2009; 82:813-20

Nuevas técnicas de resonancia magnética

En la RM de perfusión: tumores primarios de alto grado como las metástasis mismos valores.

Zona peritumoral sí han encontrado diferencias notables. Mientras que los valores de rCBV peritumorales en las metástasis son normales o bajos, en los tumores primarios de alto grado están ligeramente aumentados (0,39 vs 1,31 en el estudio de Law et al)

Law M, Yang S, Wang H, Babb JS, Johnson G, Cha S, et al. Glioma grading: sensitivity, specificity, and predictive values of perfusion MR imaging and proton MR spectroscopic imaging compared with conventional MR imaging. AJNR Am J Neuroradiol. 2003; 24:1989-98.


Fig14A.- Estudio de perfusión por RM mostrando el mapa rCBV;
Fig14B.- el mapa rCBV coloreado (valores mayores en rojo y amarillo y menores en verde y azul)
Fig14C.- el mapa coloreado fusionado sobre la imagen anatómica potenciada en T1 tras contraste.

Las lesiones inflamatorias-infecciosas mostrarán realce contraste con valores de perfusión normales o disminuidos

En una situación intermedia, el linfoma cerebral primario mostrará valores bajos de rCBV, pero mayores que los abscesos (por ejemplo, por toxoplasma), lo cual puede ser útil en inmunodeprimidos.

La RM de difusión distingue lesiones quística (quistes epidermoides- quistes aracnoideos)

La gran celularidad de tumores como linfomas o meduloblastomas puede provocar restricción a la difusión, pero en la zona sólida, no en zonas necróticas como en los abscesos piógenos.

Fig 15 – quiste aracnoideo

Valoración del grado tumoral

La zona de realce tras contraste no se correlaciona siempre con la zona de mayor grado en un tumor heterogéneo, por lo que la biopsia estereotáctica puede infraestimar el grado real del tumor.

Espectroscopía por resonancia magnética

El valor más frecuentemente utilizado en la diferenciación entre tumor de alto y bajo grado es el índice Cho/Cr. Valores 1,7-2.

Un estudio de 176 pacientes con lesiones intracraneales mostró que la espectroscopía por RM aumentó el porcentaje de diagnósticos correctos un 15,4%, hizo más aproximados un 6,2% y limitó el diagnóstico diferencial en un 16%.

Möller-Hartmann W, Herminghaus S, Krings T, Marquardt G, Lanfermann H, Pilatus U, et al. Clinical application of proton magnetic resonance spectroscopy in the diagnosis of intracranial mass lesions. Neuroradiology. 2002; 44:371-81

Nuevas técnicas de resonancia magnética

Law et al consideran el valor rCBVmáx del tumor como el mejor parámetro aislado para la predicción del grado tumoral.

Un metaanálisis reciente otorga al estudio de perfusión por RM una sensibilidad del 95% con una especificidad del 80% en la diferenciación de bajo grado (grado II) respecto de alto grado (grados III y IV) en gliomas.

Cerezo JJ, Villegas R, Llanos A, Rodríguez R, Vivancos J. Resonancia magnética perfusión en la diferenciación de los gliomas cerebrales.

Metaanálisis y evaluación económica. Agencia de evaluación de tecnologías sanitarias de Andalucía. Ministerio de Sanidad y Consumo; 2008.

Valores disminuidos de ADC alta de malignidad.

Arvinda HR, Kesavadas C, Sarma PS, Thomas B, Radhakrishnan VV, Gupta AK, et al. Glioma grading: sensitivity, specificity, positive and negative predictive values of diffusion and perfusion imaging. J Neurooncol. 2009; 94:87-96.

Server A, Kulle B, Gadmar OB, Josefsen R, Kumar T, Nakstad PH. Measurements of diagnostic examination performance using quantitative apparent diffusion coefficient and proton MR spectroscopic imaging in the preoperative evaluation of tumor grade in cerebral gliomas. Eur J Radiol.

Punto clave: Múltiples estudios consideran la perfusión por RM como la técnica aislada de RM que mejor se correlaciona con el grado tumoral en gliomas y que mejor discrimina entre recidiva y cambios secundarios a los tratamientos .

Valor pronóstico de la neuroimagen PET y perfusión por resonancia magnética

Recientemente, se ha demostrado el valor pronóstico de la MET(11CMet) European Organization for Research and Treatment of Cancer Brain Tumor Cooperative Group and Radiotherapy Cooperative Group (EORTC) para gliomas de bajo grado.

De esta forma los pacientes con índices T/N de captación de MET tumoral superiores a 2,1 presentan una supervivencia inferior. Igualmente, un incremento evolutivo en la captación de MET superior al 14,6% supone una progresión y malignización de un glioma con una sensibilidad del 90% y una especificidad del 92,3%48

También se ha encontrado una estrecha relación entre el valor de rCBV medido por RM de perfusión y el tiempo de la progresión en tumores de bajo grado.

Dirección de la resección quirúrgica

Nuevas técnicas de resonancia magnética: tensor de difusión-tractografía.

La tractografía preoperatoria sirve de guía al abordaje quirúrgico y a la estimulación intraoperatoria.

Young RJ, Brennan N, Fraser JF, Brennan C. Advanced imaging in brain tumor surgery. Neuroimaging Clin N Am. 2010; 20:311-35.

Valora distintos puntos:

    • Desplazamiento : distinta localización comparado con CL y valores normales de FA ,típico de los tumores de crecimiento lento.

    • Infiltración : la anisotropía se encuentra ligeramente reducida sin desplazamiento (característico de la gliomatosis cerebri.).

    • Destrucción o interrupción : reducción sensible de la anisotropía. Esta situación es propia de procesos de rápida evolución y destructivos.

Por el contrario, la normalización postoperatoria de la FA es predictiva de mejora en la función, sugiriendo un papel para su uso intraoperatorio.

Clark CA, Barrick TR, Murphy MM, Bell B.A. White matter fiber tracking in patients with space- occupying lesions of the brain: a new technique for neurosurgical planning?. Neuroimage. 2003; 20:1601-8.

La MET en planificacion volumétrica.

Tractografías de una paciente con diagnóstico de glioblastoma frontal izquierdo (marcado en color amarillo), ubicado en circunvolución precentral.

Fig 16 – Tractografías de una paciente con diagnóstico de glioblastoma frontal izquierdo

El análisis de fibras demostró disminución del 93% de la densidad de fibras en el TCE izquierdo (3 puntos). Hay desplazamiento (1 punto) y pérdida de continuidad (1 punto) de las fibras. IAT = 5 puntos

Los estudios de DTI con mediciones de la Anisotropía fraccional de la sustancia blanca permiten hacer una evaluación precisa, y reproducible, de la integridad de los axones neuronales.

(enfermedades desmielinizantes tipo EM, ELA, incluso neurodegenerativas como Alzheimer o Esquizofrenia.

Si realizamos ROIS consecutivos desde n. óptico a las cintillas o radiaciones ópticas

CL obtendremos las fibras. También podemos obtener imágenes específicas del quiasma y de las radiaciones ópticas (Esto es de especial utilidad en la valoración de tumores del área sellar.

Evaluación de la respuesta terapéutica, recidiva y efectos posterapéuticos

Criterios RANO: Response Assessment in Neuro- Oncology Working Group

Esfuerzo internacional.

Neurooncológos, neurocirujanos, radioterapeutas, neurorradiólogos, neuropsicólogos ….

Incorporación de avances en neuroimagen, evaluación neuropsicológica, la calidad de vida….

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