Resonancia Magnética Funcional ( RMF) hecha fácil.

Resonancia Magnética Funcional ( RMF) hecha fácil.

Congreso: SERAM 2014

Tipo del póster: Presentación Electrónica Educativa

Autores: C. Ordóñez González, J. Del Valle Zapico, B. Sobrino Guijarro, J. Montoya Bordón; Madrid/ES

Palabras clave: Neoplasia, Análisis de resultados, RM-Imagen Funcional, Neurorradiología cerebro

DOI: 10.1594/seram2014/S-0572

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Objetivo docente

El objetivo de este trabajo es hacer una "guía" sencilla que sirva de ayuda en el postproceso de los estudios de RM cerebral funcional.

Como todas las técnicas que denominamos "avanzadas", su aplicación requiere de unos conocimientos que van más allá de los estudios que realizamos diariamente y llamamos convencionales, donde clasificamos las lesiones en función de su comportamiento en las distintas secuencias.

Para poder realizar e interpretar los hallazgos de un estudio de RMf cerebral se requieren conocimientos adicionales que incluyen:

- Conocimiento anatómico del cortex sensorial y motor

- Técnica: secuencia BOLD

- Tipos de paradigmas

- Reconocimiento de las áreas de activación e implicación en su relación con el tumor.

- Limitaciones de la técnica: falsos positivos y negativos.

- Tipo de informe que debe llegar al cirujano.

En este estudio repasaremos todos los puntos anteriores.

Fig. 1

Revisión del tema

Las imágenes obtenidas mediante RMf nos permiten visualizar las áreas cerebrales funcionales que intervienen en la realización de una tarea específica o ante determinados estímulos.

En la actualidad la RMf desempeña un papel importante en el estudio prequirúrgico de pacientes que presentan lesiones cerebrales focales adyacentes a áreas elocuentes. Figura 3

El objetivo es poder determinar, de manera preoperatoria y no invasiva, la relación de la lesión con el área elocuente, influyendo en la planificación quirúrgica (biopsia/ resección total-subtotal), tiempo de cirugía y permitiendo realizar resecciones más extensas, lo que implicará mayor supervivencia, siempre con el menor déficits motor o sensitivo. También podremos valorar preoperatoriamente el déficits residual. (1,2).

Muchos estudios han analizado la relación de las activaciones con RMf, con las obtenidas con los métodos invasivos actualmente utilizados, test de Wada y mapeo electrocortical intraoperatorio (ECM), con el fin de validar el uso de la RMf y evitar estas pruebas. (3)

Se ha visto que la sensibilidad y especificidad de la RMf para el mapeo del lenguaje y el cortex motor supera el 80% (motor S: 88%, E:87% y lenguaje S:80% y E: 78%). (3). Estos valores son más altos para la identificación del cortex motor que para el lenguaje, ya que este último es más complejo y presenta más variabilidad.

La secuencia:

La visualización de las áreas de activación en el cerebro se ha explicado por el efecto BOLD (Blood Oxigenation Level Dependent). Este efecto se basa en el flujo sanguíneo cerebral, el metabolismo neuronal y las propiedades magnéticas de la hemoglobina. Estas últimas actuarán como contraste endógeno ya que la desoxihemoglobina tiene efecto paramagnético, generando cambios locales en la homogeneidad del campo magnético con caída de la señal en T2* y la oxihemoglobina se comporta como diamagnética, con un efecto inapreciable en el T2*.

Fig. 4

Referencias: Modificada de : RM funcional definición.Seram 2008

Cuando realizamos una determinada tarea, varias áreas de nuestro cerebro se activan lo que produce un aumento local del consumo de oxígeno, con diminución de la oxihemoglobina e incremento de la desoxihemoglobina. Estos cambios hemodinámicos persisten algunos segundos, aproximadamente 6 segundos, hasta que por los mecanismos de autorregulación ("acoplamiento neuro-vascular" ) se produce un incremento del flujo sanguíneo. Este periodo de tiempo hasta el acoplamiento ,será una de las limitaciones de la resolución espacial de la secuencia BOLD.

El incremento del flujo sanguíneo produce un aumento de la concentración de oxígeno, con una reducción de los niveles de desoxihemoglobina y aumento de los niveles de oxihemoglobina en el lado venoso del lecho capilar. Esto produce una disminución de la señal local y se genera la señal BOLD en T2*. " En términos generales podemos decir que la sangre altamente oxigenada produce mayor señal magnética y la desoxigenada menor señal".

Fig. 5

Referencias: Modificada de: RM funcional definicion. Seram 2008 Los paradigmas:

Un paradigma es el conjunto de estímulos que, organizados con unas determinadas pautas temporales, conforman la tarea que ha de realizar el sujeto durante la adquisición de las imágenes por RMf. Estos paradigmas se diseñan de manera que se produzcan procesos cognitivos motores o sensoriales específicos, que permitan localizar una determinada área elocuente (4).

Encontramos dos tipos fundamentales de paradigmas:

1.- Diseño de bloques; compara periodos de actividad frente a periodos de control o de reposo. Son los más usados en la práctica clínica y su objetivo es detectar activación.

Tiene la ventaja de poder implementarse y analizarse con facilidad y de tener alta potencia estadística. Además, dado que la señal correspondiente a cada condición se obtiene del promedio del bloque entero, pequeños errores en el acoplamiento temporal (hasta un par de segundos) entre la presentación del estímulo y los tiempos de adquisición no son un problema.

Fig. 6

Referencias: Rios- Lago M. Neuropsicologia y resonancia magnetica funcional :conceptos generales. Radiologia;50:351-65

Los paradigmas más usados son:

- Estudios motores: movimientos de la mano, el pie o la lengua. Los movimientos pueden ser flexo-extensión, abrir y cerrar….o el llamado fingertapping, uno de los más robustos.

- Estudios de lenguaje: fluidez verbal, generación de palabras, comprensión lectora, categorización semántica, repetición de palabras, denominación de objetos…..

2.- Diseños ligados a eventos; son más complejos y están centrados en la capacidad de estimación, es decir, estimar el cambio de una activación a lo largo del tiempo. Normalmente su uso queda limitado a la investigación.

Fig. 7

Referencias: Rios- Lago M. Neuropsicologia y resonancia magnetica funcional :conceptos generales. Radiologia;50:351-65

En algunos casos habrá que adaptar los paradigmas a las necesidades de los pacientes. En pacientes muy sintomáticos o mayores que no puedan colaborar habrá que disminuir el tiempo de la tarea. En pacientes de otras lenguas habrá que adaptar los textos para poder valorar el lenguaje.

Conocimiento anatómico del cortex cerebral

Fig. 8

Referencias: Imagen libre de la web Corteza Motora:

Comprende las áreas de la corteza cerebral responsables de los procesos de planificación, control y ejecución de las funciones motoras voluntarias. Está situada en el lóbulo frontal y podemos dividir en:

- Corteza motora primaria: área 4 de Broadman (surco precentral), localizada en el hemisferio contralateral al que realiza la acción.

- Corteza motora secundaria:

. corteza parietal posterior

. cortezapremotora; área 6 de Broadman (anterior a la circunvolución precentral). Existen cuatro áreas premotoras principales, dos en la parte lateral de la convexidad (premotora ventral y lateral dorsal) y dos en la parte medial (área motora suplementaria y área motora supracallosa). El área motora suplementaria (AMS) participa en la planificación y coordinación de movimientos complejos.

Cuando realizamos paradigmas de activación motora podemos activar la corteza primaria y con movimientos más complejos (fingertapping) podremos identificar otras áreas como el área motora suplementaria. Imagen 9 y 10.

En función de la localización de la lesión nos interesará realizar movimiento de la mano, pie o boca.

Fig. 11

Referencias: Radiologia, Fundacion Jimenez Diaz - Madrid/ES

Como con los paradigmas lo que realizamos es una "tarea" aparte de las áreas elocuentes en sí, se activaran todas las partes del cortex cerebral que participen en ella. Por lo tanto podemos encontrar de forma normal activación cerebelosa (funciones de coordinación), insular (activación de áreas somato-sensitivas secundarias), lenticular,talámica y del área somatosensorial primaria. Cuando realizamos una tarea motora con una mano activaremos la corteza motora primaria, área motora suplementaria e ínsula contralateral y región superior del cerebelo ipsilateral. Imagen 12.

En algunos casos podremos encontrar activación bilateral con el movimiento de una sola mano.

Aunque con las técnicas convencionales podemos identificar, como hemos visto, marcas anatómicas que correspondan con las áreas motoras, hay que tener en cuenta la dificultad para identificarlas cuando tenemos una lesión focal que produce desplazamiento o infiltra estas estructuras anatómicas.

Ya veremos que esta identificación anatómica es todavía más complicada en la identificación de las áreas implicadas en el lenguaje, debido a menor definición de las áreas de referencia y a la variabilidad individual.

- Corteza implicada en el lenguaje

Aunque en la actualidad se describe un "modelo cognitivo" del leguaje en el que se identifican diferentes niveles de organización y subcomponentes del lenguaje (ortografía, fonología, sintaxis y semántica) nosotros nos vamos a guiar por el modelo clásico para simplificar(1).

En este modelo del procesamiento del lenguaje identificamos:

- Área motora o de Broca (expresiva) se localiza en la pars opercular y la porción posterior de la pars triangular del giro frontal inferior. Imagen 14, 1 y 16

- Área sensitiva o de Wernicke(comprensión del lenguaje): Esta área se encuentra peor definida anatómicamente involucrando al giro supramarginal, giro angular y la base de los giros temporales superior y medio. Imagen 17 y19.

- Fascículo arcuato: tracto de sustancia blanca que conecta las dos áreas.

Referencias: imagen libre de la web

Con los paradigmas dirigidos a estudiar el lenguaje pretendemos definir el área de Broca y de Wernicke y todas las áreas que participen en la tarea. Como algunos de los paradigmas utilizan estímulos sonoros podemos encontrar áreas de activación en el giro temporal superior. EL uso de estímulos visuales en vez de auditivos previene la superposición de las activaciones. (5) Imagen 19

A la hora de evaluar el lenguaje hay que tener en cuenta la dominancia hemisférica: El procesamiento del lenguaje se localizará en el hemisferio izquierdo en el 95% de los pacientes diestros y en el 70% de los zurdos. (1)

La dominancia del lenguaje se determina usando el Índice de lateralización (IL)que se calcula de forma separada para las áreas de Broca y Wernicke con la siguiente fórmula (8):

IL = 100 x (nº voxeles activados izquierdos- nº voxeles activados derechos)/ nº de voxeles activados izquierdos + nº voxeles activados derechos.

De tal manera que:

IL=100; unilateralidad izquierda

IL= -100; unilateralidad derecha

IL= 0; equidominancia

Se considera significativa una lateralización con un índice superior a +/- 20.

Según la literatura existe una concordancia del 90% con el test de Wada para establecer la dominancia hemisférica. (1)

Sin embargo en la práctica clínica, normalmente se usa la Inspección visual para valorar la dominancia y se ha visto que tiene alta correlación con el índice de lateralidad (Smit)Imagen 20 y 21.

Fig. 22

Referencias: Radiologia, Fundacion Jimenez Diaz - Madrid/ES

Una vez realizada la secuencia con los paradigmas que hayamos seleccionado, pasaremos al postproceso de las imágenes. Aunque la mayoría de estos procedimientos los realiza de forma automática los diferentes software, vamos a describir brevemente en que consisten.

En primer lugar debemos "preparar" las imágenes y para esto realizaremos:

1.- Alineación; corregimos los movimientos de la cabeza durante el estudio. Será válido

para movimientos pequeños y/o lentos. En el caso de movimientos mayores o bruscos habrá que repetir el estudio. Imagen 23

2.- Normalización; se "moldean " las imágenes de un sujeto a las de un patrón

estandarizado, usando como estructura de referencia la comisura anterior.

3.- Suavizado (smoothing): consiste en una homogeneización de las imágenes,

generando una pérdida de resolución espacial y aumento de la relación señal-ruido

Posteriormente pasaremos al análisis estadístico.

La gran mayoría de los estudios de RMf se analizarán mediante el Modelo Lineal General; en el que cada voxel es analizado de forma independiente y la respuesta hemodinámica esperada se somete a un análisis de regresión.

Los voxeles que adquieren una significación estadística (p<0,05) se les asigna un color, que variara en función del grado de significación, mientras que los que no alcanzan dicha significación son ignorados. Así obtendremos el Mapa Estadístico Paramétrico.

Ajustaremos el umbral de significación para eliminar las activaciones falsas, en función de cada estudio.

Una vez detectadas las áreas de activación, debemos comprobar que estas activaciones siguen la secuencia esperada de respuesta hemodinámica (reposo-activación)en relación con el paradigma realizado: Evaluación temporal. Para eso colocaremos un ROI en el área activada y valoraremos concordancia analizando las cubetas activación-reposo. Imagen 24, 25 y 26

Por lo tanto debemos:

- Identificar la activación

- Comprobar que la activación corresponde con el paradigma; respuesta hemodinámica esperada.

- Valorar probables activaciones atípicas tanto motoras como del lenguaje: coactivación motora y dominancia hemisférica. Valoración de otros factores que puedan influir; idiomas……. Imagen 20 y 21

- Valorar alteraciones en el área de activación secundarias a la lesión:

• Desplazamiento; la intensidad de la activación es normal pero se encuentra desplazada por el efecto de masa de la lesión. Imagen 27 • Hipoactivación: menor intensidad de activación de la esperada.

• Reorganización funcional: numerosos estudios han demostrado que la presencia de una lesión cerebral induce una progresiva redistribución de las áreas elocuentes. Este proceso ocurre tanto en los daños agudos como en lesiones de lento crecimiento.

El mecanismo de reorganización consistiría en un primer momento en la redistribución de las áreas inmediatamente adyacentes a la lesión: "reorganización dentro del área". Cuando este mecanismo no es suficiente se produciría un reclutamiento de otras áreas dentro del mismo hemisferio de la lesión y en último caso también se puede producir una compensación por el área homóloga del hemisferio contralateral (9,10). Imagen 27

Fig. 28

Referencias: H.Duffau. Adv. Tech Stand Neurosurg 2008;33:3-33.

En el caso de lesiones agudas, el reclutamiento de áreas del hemisferio contralateral implicarían peor pronóstico.

Este mecanismo lo debemos de conocer para buscar las activaciones derivadas del proceso de reorganización.

- Valorar la relación de la lesión con el área de activación: la proximidad de las áreas de activación con los bordes de la lesión predecirán el déficit postoperatorio del paciente (6,11). Mediremos la distancia entre el margen de la activación y el borde de la lesión; que será en lesiones que realzan con contraste la pared captante de la lesión y en lesiones que no realzan el borde sólido de la lesión medido en T2. En el caso de los tumores de bajo grado que tienen los bordes mal definidos en T2, podemos valorar los bordes en T1. Haglund y Wood mostraron que distancias >1 cm desde los centros de activación del lenguaje y los márgenes de resección de la lesión, disminuyen el riesgo de déficits del lenguaje permanentes postoperatorios (11). Imagen 29, 30 y 31

Posteriormente fusionaremos el mapa de activaciones una secuencia de 3D neuronavegador para poder correlacionar la activación con una región anatómica específica.

Aunque las referencias del neuronavegador se modifican en el proceso de la cirugía al abrir la duramadre (salida de LCR), con la RMF hemos localizamos preoperatoriamente el surco que debemos preservar.

Limitaciones de la técnica:

Aunque como hemos dicho anteriormente la sensibilidad y especificidad de la RMf para el mapeo del lenguaje y el cortex motor supera el 80%, hay algunas limitaciones de la técnica que obligan a realizar estudios de ECM en aquellos pacientes en los que las áreas de activación se encuentran próximas a las lesiones focales.

Limitaciones de la técnica:

- Secuencia: Una limitación de la RMf, al basarse en un método de activación indirecta, es que no diferencia entre las regiones cerebrales críticas (esenciales para el proceso) de las regiones cerebrales moduladoras, que pueden ser resecadas sin déficit permanente. Estos "falsos positivos" pueden limitar el área de resección. (2,3).

La precisión en la localización espacial de la activación puede variar.

- Paradigmas; los paradigmas más "robustos" nos permitirán detectar mejor las áreas a estudio.

- Grado tumoral: se ha visto que el grado de sensibilidad y especificidad de la RMf se verá influenciado por el grado tumoral, siendo mayor en los tumores de bajo grado. En los tumores de alto grado (GBM) los cambios vasculares asociados al tumor (pérdida de la autorregulación y la compresión venosa por el efecto de masa) (12) pueden inhibir el mecanismo de activación en la región peritumoral en la secuencia BOLD. Estas áreas luego se registraran en los estudios de mapeo intraoperatorio ("falsos negativos"). (3, 12)

Algunos autores han descrito activaciones intratumorales mediante RMf (3).

- Paciente: puede influir en la detección de áreas de activación. Los pacientes más deteriorados clínicamente pueden no colaborar adecuadamente en la activación pudiendo interpretar los hallazgos como falsos negativos.

- Variabilidad inter-clínica en los resultados de la RMf; se ha descrito que estudios de RMf realizados a los mismos pacientes, en diferentes centros, presentan una variabilidad en la localización de los centros de activación motora de 16,5 mm de media (14).

- Las imágenes adquiridas preoperatoriamente no reflejan correctamente las condiciones intraoperatorias. Al abrir la duramadre, la salida de LCR causa un desplazamiento del parénquima cerebral.

- Falsos positivos;

• venas corticales; las venas de drenaje de los territorios que se activan tienen una mayor proporción de oxihemoglobina durante la activación cerebral, y se pueden confundir con áreas de activación cortical. • Activaciones de otras áreas independientes de la tares: activaciones

visuales, auditivas..

Realización del informe radiológico:

Fig. 32

Images for this section:

Fig. 3

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 9

Fig. 11

Fig. 13

Fig. 15

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 21

Fig. 23

Fig. 25

Fig. 27

Fig. 29

Fig. 31

Conclusiones

La RMf nos permite visualizar las áreas cerebrales funcionales que intervienen en la realización de una tarea específica o ante determinados estímulos.

En la actualidad desempeña un papel importante en el estudio prequirúrgico de pacientes que presentan lesiones cerebrales focales adyacentes a áreas elocuentes, permitiendo planificar la cirugía y valorar de forma preoperatoria la posibilidad de déficits residuales. Tambien ayuda a seleccionar a los pacientes que deben ser sometidos a mapeo cortical intraoperatorio.

Para poder realizar e interpretar las imágenes obtenidas se requieren una serie de conocimientos adicionales que nos permitan realizar un informe adecuado.

Bibliografía

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Mulderink T., Schaeffer A., et al. Simultaneous assessment of motor and language areas with a single functional MR imaging paradigm: feasibility. Radiology.2005;236:655-660.