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Utilizando imágenes de Tensor de difusión en la lesión cerebral traumática
 

Utilizando imágenes de Tensor de difusión en la lesión cerebral traumática

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Diffusion Tensor Imaging, DTI, es una técnica de resonancia magnética que se basa en la difusión de las moléculas de agua para el estudio de la integridad de las redes de la materia blanca, los paquetes de axones que conectan la materia gris cortical y subcortical, en el cerebro.

Estas estructuras de interconexión pueden ser dañadas cuando una fuerza externa, como un balón de fútbol, entra en contacto con la cabeza durante un partido. Tales interacciones repetitivas pueden conducir a lesiones más graves, denominada lesión de cerebro traumática, TBI para el cortocircuito.

Con el tiempo, el daño a la materia blanca cerebral a menudo se asocia con déficits en la cognición, particularmente en el dominio atencional. Por ejemplo, un jugador con TBI puede ser más distraído por un aficionado en las gradas y más lento reaccionar al equipo contrario.

Basado en el trabajo anterior realizado por Kraus y sus colegas, este video muestra cómo medir la integridad de la materia blanca con DTI en pacientes con TBI en comparación con personas sanas de control.

También examinamos cognitivo la función usando una tarea de atención selectiva, se explica cómo analizar los datos de imágenes e interpretar la relación entre valores de difusión en regiones definidas de interés y control atencional.

En este experimento, dos grupos de participantes: pacientes diagnosticados de moderada a severa TBI y control de individuos sanos, se analizan utilizando un protocolo DTI y entonces probado en una tarea de atención.

En primer lugar, vamos a discutir algunos principios de la DTI: la técnica es sensible a la difusión de las moléculas de agua, que están siempre en movimiento, sobre todo en paralelo a la gran cantidad de paquetes axonales. Este tipo de movimiento se conoce como difusión anisotrópica.

Junto con la trayectoria del flujo de agua, puede medirse la cantidad de difusión para computar el tensor — esencialmente ilustra como un elipsoide con una dirección. Se cuantifica este valor basado en la longitud relativa a su anchura utilizando un método llamado anisotropía fraccionaria, abreviado como FA.

Más concretamente, valores de FA pueden variar desde 0 — movimiento isotrópico, o igual, a 1, que refleja la mayor cantidad de anisotropía.

La precisión se maximiza a través de todos los vóxeles con la adquisición de imágenes de difusión durante una exploración de MRI en muchas direcciones distintas que corresponden a los cambios en el campo magnético aplicado. Esta mayor resolución se produce a expensas de tiempo.

Sabiendo que, una variable dependiente de la crítica consiste en la FA valores para tres regiones de interés, o ROI: el anterior de corona radiata, el Esplenio del cuerpo calloso y el fascículo longitudinal superior.

En comparación con controles normales, los valores de FA deben reducirse en individuos con TBI, como su materia blanca debe estar comprometida de manera no localizada, dando por resultado menos anisotropía en ROIs todos.

Sin embargo, una región — el anterior de corona radiata — está asociado con las conexiones a la corteza cingulada anterior, que desempeña un papel importante en el control atencional.

Para profundizar en esta relación funcional entre el comportamiento y la integridad de la materia blanca, todos los participantes son probados en la tarea de la red de atención desarrollado por Fan y sus colegas.

En este paradigma, se piden a los participantes a enfocar su atención primero hacia una fijación transversal que aparece para una duración variable entre 400 y 1600 ms, seguido por dos tipos de flechas: una central y dos que flanquean grupos que pueden variar en la dirección que.

En la mitad de los ensayos, todas las flechas apuntan en la misma dirección; Estos son considerados como congruente. Para la otra mitad, la flecha del centro señala la manera opuesta de los flancos, y estos casos se conocen como incongruente. Los participantes se les pide para categorizar las flechas haciendo pulsación de las teclas asociadas tan rápidamente como sea posible cuando aparezca cada nuevo conjunto.

Aquí, la diferencia de tiempos de reacción entre tipos de ensayo se calcula como otra variable dependiente. Individuos que son más distraídos por las flechas que flanquean se esperan que tengan una mayor puntuación de diferencia, que indica mal control atencional.

Esta medida se prevé, por tanto, que correlacionan negativamente con los valores de FA, especialmente en la región relacionados con la capacidad atencional, el anterior de corona radiata — y no los demás, mostrando así la importancia funcional de tractos de materia blanca particular.

Antes del experimento, reclutar a 20 pacientes adultos que han sido diagnosticados con moderado a TBI severo dentro de los últimos 6 meses y los controles pareados por edad, que no tienen antecedentes de trastornos neurológicos o psicológicos.

Con el propósito de esta demostración, un paciente que está documentado como una pérdida de conciencia durante más de 30 min o una puntuación de la prueba < 13 en la escala de Coma de Glasgow.

En el día de su exploración, darles la bienvenida y asegurarse de que no sufren de claustrofobia o tiene cualquier metal en su cuerpo; también tienen llene los formularios de consentimiento necesario que detalla los riesgos y beneficios del estudio.

Después de obtener el consentimiento, prepare al paciente para entrar en la sala de exploración. Para información más detallada sobre los procedimientos de la exploración, consulte otro proyecto de MRI en esta colección.

Con el paciente ahora en el analizador de diámetro, recoger en primer lugar una exploración anatómica de alta resolución. A continuación, iniciar una secuencia de pulso optimizada para DTI con la adquisición de una imagen de0 B — que no es sensible a la dirección de difusión, así como múltiples imágenes difusión-cargadas en 64 diferentes direcciones.

Cuando la secuencia está completa, acompañamiento al paciente fuera del escáner y en una sala experimental con un ordenador para realizar la siguiente fase, una tarea de la red de atención.

Explicar las instrucciones de la tarea: se observará una serie de cinco flechas en la pantalla y debe centrarse sólo en el centro uno. Para garantizar respuestas rápidas y precisas, haga que coloque sus manos sobre el teclado, con su index finger izquierdo sobre la tecla 'F' y un 'J'.

Durante los ensayos donde la flecha del centro apunta izquierda, instrúyalos a prensa 'F'. De lo contrario, cuando es hacia la derecha, pulsa 'J'.

El paciente debe completar 100 ensayos: recuerda que cada uno comienza con una fijación cruzada que permanece en la pantalla para una duración variable de 400 a 1600 m, después de lo cual aparecen flechas, y central será congruente o incongruente.

Observe que las flechas permanecen en la pantalla hasta que el paciente responde, o hasta un máximo de 1700 ms si no presionan cualquier tecla. También nota que cada ensayo termina con una fijación cruzada que permanece visible para una duración total del ensayo de 4 s.

Al final de la tarea de atención debrief el paciente para concluir el estudio y compensarles por su participación.

Después de que se han obtenido los datos conductuales y explorador, los archivos raw de difusión primero necesitan transformarse en imágenes de tensor.

Para comenzar el proceso previo, realizar corrección de distorsión de las corrientes de Foucault, que ocurren comúnmente en los datos en bruto como resultado cambiando el campo magnético durante la adquisición.

Para compensar el movimiento, se aplica una transformación afín lineal cuerpo rígido, que registra cada una de las imágenes de difusión direccional a la referencia de0 B.

Además, aislar el cerebro del cráneo y otros tejidos no neuronales para asegurarse de que no se calculan los tensores para voxels fuera del cerebro.

Ahora, combine todas las 64 imágenes direccionales para calcular el tensor de la difusión en cada voxel y salida los valores correspondientes de la FA en el fondo.

Posteriormente, registrar las imágenes de difusión a la exploración anatómica de alta resolución y luego a un espacio de atlas estándar para permitir el análisis a nivel de grupo.

Con tratamiento previo terminado, utilizar un atlas de materia blanca para identificar tres ROIs: el anterior de corona radiata, el Esplenio del cuerpo calloso y el fascículo longitudinal superior.

Finalmente, registrar imagen anatómica de cada participante al atlas estándar y utilizar éstos para deformar las máscaras ROI en el espacio del cerebro de cada participante.

Para ver los datos, comparar los valores de FA extraídos por grupo, trazar cada ROI por separado. Observe que los valores de FA fueron significativamente inferiores en el grupo LCT en todos tres ROIs, indicando daño extenso de la materia blanca en pacientes.

Para incorporar los datos conductuales, trazar las diferencias en tiempos de reacción entre los ensayos incongruentes y congruentes contra los valores de FA para todos los sujetos. Realizar un análisis de correlación de Pearson en estos resultados generales, otra vez independientemente para cada ROI.

Esta vez, sólo una de las regiones — el radiata de la corona anterior, mostró una correlación significativa, en la dirección negativa. Es decir, valores altos de FA eran asociados con tiempos de reacción rápidas, mientras que baja anisotropía correspondió a tiempos de respuesta más largos. Estos resultados sugieren una relación funcional entre conexión de materia blanca y control atencional.

Ahora que está familiarizado con la forma de relacionar estructura y función mediante DTI y una control atencional de la tarea, vamos a ver cómo los investigadores utilizan enfoques similares para estudiar otras poblaciones con conectividad comprometido o como una forma de protegerlo.

Mientras que el envejecimiento normal se asocia a deterioro cognitivo, cambios no son necesariamente generalizadas. Más bien, parecen estar relacionadas con funciones específicas que corresponden a la integridad de la materia blanca y reducción los valores de FA, especialmente en la corteza prefrontal. Así, la proyección de imagen difusión podría utilizarse como un método para la detección temprana de cambios relacionados con la edad en la función ejecutiva.

Usando los datos recogidos por DTI, investigadores pueden utilizar una técnica 3D, llamada fibra tractografía y reconstruir los tractos de sustancia blanca a lo largo de todo el cerebro. Este procedimiento de modelado es útil en muchos campos, incluyendo la neurocirugía.

Si, por ejemplo, los cirujanos necesitan extirpar un tumor, puede planear exactamente donde los tractos de materia blanca en proximidad a estructuras críticas y evitar consecuencias perjudiciales.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la imagen de tensor de difusión. Ahora debe tener una buena comprensión de cómo diseñar y realizar un experimento DTI, así como analizar e interpretar patrones de difusión específicos con implicaciones cognitivas relacionados con traumatismo craneoencefálico.

¡Gracias por ver!

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