Imagen por difusión por resonancia magnética y tumores cerebrales

Transcripción

1 Dr. Jesús Tabaoda Barajas México, D.F. Imagen por difusión por resonancia magnética y tumores cerebrales Conceptos Las imágenes de difusión por resonancia magnética (DWI) estudian la difusividad del agua, es decir, el movimiento aleatorio microscópico de las moléculas de agua, o el movimiento browniano, inducida por la energía térmica. La resonancia magnética (RM) es la técnica de imagen única que permite la observación no invasiva de la difusión en vivo, y proporciona imágenes de alta resolución de los órganos profundos, sin interferir con el proceso de difusión en sí. Las moléculas de agua difusa en el cerebro interactúan a través de distancias de micras o de decenas de micras, con los componentes del tejido microscópicos como las membranas celulares, la mielina y las macromoléculas. Dado que el tamaño típico de un voxel de DWI es de unos pocos milímetros cúbicos, la DWI analiza un efecto de difusión general que representa la distribución estadística del movimiento browniano de las moléculas de agua, y proporciona datos únicos sobre la organización estructural de los tejidos a nivel microscópico. El movimiento de las moléculas de agua se ve afectada por los componentes del tejido diferentes (las paredes celulares, membranas, órganos intracelulares, macromoléculas). La difusión puede ser restringida en todas las direcciones (difusión isotrópica) o en una dirección particular en voxels (la difusión anisotrópica), como en los tejidos estructurados (por ejemplo, la sustancia blanca cerebral). La difusión molecular puede ser valorada con las técnicas de RM con secuencias ultrarrápidas sensibilizadas con el movimiento. En particular, la ponderación de la difusión es a menudo combinada con secuencias eco de espín del eco planar. Neuroimagen Al realizar una transición en la disciplina puramente basada en la anatomía a la incorporación de las alteraciones funcionales, hemodinámicas, metabólicas, celulares y citoarquitecturales, el estado actual de la neuroimagen ha evolucionado hasta convertirse en una herramienta de diagnóstico que permite la caracterización tanto de alteraciones morfológicas como las biológicas al

2 diagnosticar y etapificar grados de tumores cerebrales, vigilar y evaluar respuestas al tratamiento y el pronóstico del paciente. Aplicaciones Se han evaluado las aplicaciones clínicas importantes de la DWI en tumores cerebrales: el grado del tumor, la celularidad, la lesión postoperatoria, el edema peritumoral y la integridad de los tractos de la sustancia blanca. Grado tumoral y celularidad. De los rasgos histológicos para la clasificación de los gliomas, la celularidad ha sido objeto de evaluación cuantitativa con DWI. La justificación del uso de DWI para cuantificar la celularidad está basada en la premisa de que la difusividad del agua dentro del compartimiento extracelular está inversamente relacionada con el contenido y la atenuación de los componentes del espacio intracelular. Aunque la física subyacente de difusión reducida en el cerebro de ciertos tumores es mucho más compleja que el debido a la celularidad, un mínimo ADC visto parece que se correlaciona bien con tumores cerebrales de mayor celularidad. Cuanto mayor es la celularidad del tumor (y por tanto el mayor volumen de espacio intracelular), menor es el coeficiente de difusión aparente (ADC) debido a la disminución de la difusividad del agua causada por una reducción relativa en el espacio extracelular para el movimiento del protón. Por lo tanto, entre grado más alto del glioma, el valor medio ADC del tumor es más bajo. Los valores de ADC también se han correlacionado con la celularidad de los tumores cerebrales no gliales. Cuando se compara con los gliomas, los linfomas demuestran tener menor ADC, probablemente debido a su mayor celularidad. En los linfomas primarios del sistema nervioso central se detecta heterogeneidad significante en las medidas de ADC intra e inter tumorales. Se observa una correlación inversa entre densidad celular y medidas de ADC. Un informe muestra que en los linfomas las medidas de ADC son 25% menores que el valor promedio de su grupo de valor bajo de ADC y se asociaron con un acortamiento significativo de progresión libre y la sobrevida. En una pequeña muestra de meningiomas, se encontró que los meningiomas malignos o atípicos tienen valores de ADC menores en comparación con los meningiomas típicos. Lesión posoperatoria. La reducción anormal de difusión no es sinónimo de edema citotóxico agudo, ya que se puede ver en numerosos procesos de la enfermedad intracraneal que no tienen que ver con el edema citotóxico. Cualquier proceso que resulta en la inflamación aguda intracelular y la disminución subsecuente en el

3 espacio extracelular circundante y puede conducir a la reducción de la difusión de protones en el cerebro. Después de la resección del tumor cerebral, el daño celular agudo es probable que se produzcan por una variedad de razones tales como trauma quirúrgico directo, retracción y lesión vascular, y devascularización del tumor. La implicación clínica importante aquí no es tanto en la observación de las áreas de difusión reducida después de la cirugía sino el conocimiento de la evolución de estas alteraciones en la fase de seguimiento para que el paciente se someta a radioterapia adyuvante y / o quimioterapia. En una investigación reciente, las regiones de difusión reducida después de la cirugía del glioma, mostró realce de contraste en un estudio de seguimiento que simula la aparición de tumores recurrentes. Estas áreas de mejora, invariablemente, se convirtieron en encefalomalacia o cavidad glióticas a largo plazo en los estudios de seguimiento, como era de esperar en una región de la lesión cerebral permanente. Después de la cirugía, es importante reconocer la mejora de difusión relacionada con el contraste en los gliomas, que puede confundirse con la aparición de tumores recurrentes e interpretarlo erróneamente como un fracaso temprano del tratamiento, lo que provoca una terapia agresiva con una alta toxicidad potencial y dudosa eficacia. Edema peritumoral. El concepto moderno de edema cerebral sigue estando en gran parte basado en la teoría de Klatzo, quien en 1967 propuso dos tipos fundamentalmente diferentes de edema: el citotóxico y el vasogénico. En el edema citotóxico, el principal mecanismo está relacionado con la inflamación intracelular debido a la entrada de sodio después de un fallo de energía de la bomba en el nivel de la membrana celular. El resultado neto del edema citotóxico está marcado por la disminución en el espacio extracelular y, por tanto, con marcada reducción de la medida de ADC (0,5 10 3mm2 / s), visto en el establecimiento del infarto cerebral agudo. En el edema vasogénico, sin embargo, hay un aumento en el volumen del espacio extracelular, debido a la alteración de la permeabilidad vascular, lo que permite la fuga indiscriminada de líquido y proteínas plasmáticas. A diferencia del edema citotóxico, el edema vasogénico implica cambios reactivos en lugar de daño celular permanente y, por tanto, es reversible. En los tumores cerebrales, el edema peritumoral se basa principalmente en la definición de imagen de los diferentes componentes de un tumor en relación con la presencia o ausencia de realce de contraste tras la administración del agente de contraste por vía intravenosa como el gadopentetato de dimeglumina (Gd-DTPA)

4 para la RM. En general, el área anormal no realzada que rodea el núcleo del tumor se conoce como edema peritumoral. En los tumores cerebrales metastásicos o tumores primarios no infiltrativos, como los meningiomas, el edema peritumoral es sinónimo de edema vasogénico, donde hay un aumento de agua extracelular debido a una fuga de líquido de plasma por los capilares alterados por el tumor, pero las células tumorales no están presentes. En los gliomas, sin embargo, el edema peritumoral es mejor referido como edema infiltrante, ya que representa tanto el edema vasogénico y la infiltración de células tumorales que se encuentran detrás de la barrera hematoencefálica y por lo general invaden a lo largo de los tractos de sustancia blanca. La diferenciación entre el edema vasogénico y el infiltrante se ha intentado con DWI sobre la base de la premisa de que la difusividad del agua se facilita en mayor medida en el edema vasogénico que en el infiltrante debido a la falta de intervención de las células tumorales en el primero. El verdadero desafío, sin embargo, es la de localizar el tumor infiltrado entre las regiones de la zona de edema vasogénico para que la potencial terapia pueda dirigirse a estos sitios sin someter toxicidad innecesaria sobre toda el área del edema peritumoral, la mayoría del cual es vasogénico por la naturaleza. Varios informes han demostrado que los valores de ADC no son útiles para diferenciar el tumor y el edema cerebral relacionado al tumor. Aunque hubo un informe que muestra valores de ADC diferentes estadísticamente significativos entre los dos tipos de edema en dos diferentes tipos de tumores (gliomas vs tumores metastásicos), es poco probable que el ADC será el único capaz de discriminar el agua pura en sustancia blanca como en el edema vasogénico de cerebro del agua con focos dispersos de las células tumorales microscópicas y aisladas como en el edema infiltrativo debido a la limitación inherente a la resolución espacial de DWI. Tractos de sustancia blanca. Otra aplicación de DWI en los tumores cerebrales es el uso los mapas de la fracción de anisotropía (FA) derivados de tensor de difusión (DTI) para determinar la integridad de los tractos de sustancia blanca en las inmediaciones de un tumor cerebral. Distintos patrones de mapas de FA se describen en un informe reciente de la propuesta de diferenciar tractos de sustancia blanca que se desplazan o distorsionan, pero intacta, de las que son invadidas o destruidas por el tumor adyacente. Aunque no es la falta de correlación directa entre los mapas de FA histológico y el estado de tractos de sustancia blanca cerca de un tumor cerebral en la literatura, una variación de las matrices de FA como el índice de infiltración del tumor o el índice de atenuación de la fibra puede proporcionar información más específica sobre el estado de peritumoral edema en los tumores cerebrales. La correlación

5 biológica para el DTI matrices derivados, sin embargo, siguen sin estar claros y esperan muy necesaria la validación histológica. Correlación del aumento de captación de FDG en PET y reducción de la señal en mapas de ADC. Se conoce la relación del aumento de metabolismo y de la celularidad. El aumento de la captación de Fluoro Desoxiglucosa (FDG) en Tomografía por emisión de positrones (PET) indica aumento de la glicolisis, que se debe a una mayor actividad metabólica en tumores de alto grado, un fenómeno conocido como efecto Warburg. Las zonas de alta celularidad contienen más membranas celulares que el cerebro normal, llevando a una mayor impedancia a la difusión de moléculas de agua. Los tumores que tienden a ser muy celulares, tales como los linfomas, tienden a tener una disminución de la intensidad de la señal en los mapas de ADC. Existen reportes que demuestran una superposición entre el aumento de la captación FDG en PET y la intensidad de la señal incrementada en el ADC. Es posible que las áreas de incremento de la actividad metabólica (aumento de la captación de FDG en PET) correspondan también a las zonas de alta celularidad tumoral (difusión restringida en la ADC). Otra posible explicación de estos datos es la isquemia. El aumento de la captación FDG en PET también se puede reflejar por el aumento de la glicolisis debido a la isquemia focal. En tumores gliales de alto grado, en las áreas de isquemia se encuentra aumento de la demanda metabólica de las células de rápido crecimiento que están superando el aporte vascular, haciendo que las células cambien a glicólisis. Imagen de difusión de los tumores cerebrales metastásicos. Se ha evidenciado que la media de la intensidad de señal en DWI y la relación contraste-ruido (RCR) en imágenes potenciadas T2 es significativamente menor en adenocarcinomas bien diferenciados que en poco diferenciados y otras lesiones que el adenocarcinoma. El valor medio nadc (ADC normalizado, es decir, la proporción de la media de ADC de la lesión dividida con la media de ADC contralateral correspondiente) es significativamente mayor en los bien diferenciados que los adenocarcinomas pobremente diferenciados y otras lesiones que el adenocarcinoma. El valor nadc muestra una significativa correlación inversa con la celularidad tumoral y no hay correlación significativa entre la RCR y la celularidad tumoral.

6 Nuevos métodos Imagen por difusión Curtosis. La imagen ponderada de difusión puede proporcionar información fisiológica sobre el tejido cerebral sano y enfermo. Las imágenes de difusión ponderada estándar y las técnicas de imagen TD (Tensor de Difusión) asumen una distribución gaussiana de difusión, y que pueden indicar una distancia de difusión pequeña en el tejido, pero la razón (de alta viscosidad o más membranas de las células) para la distancia sigue sin estar claro. La imagen DK (medidas de difusión de la curtosis media) es un método desarrollado relativamente reciente que puede medir difusión no gaussiana, lo que es posiblemente más adecuado que la imagen TD convencional para la detección de los cambios microestructurales. El método de imagen DK ya ha demostrado sus capacidades para la detección de cambios en la microestructura de los tejidos durante el envejecimiento humano normal, durante la maduración del cerebro de roedores, después de una lesión cerebral leve, y en la enfermedad de Alzheimer. Un estudio de reciente publicación tuvo como objetivo caracterizar los patrones de difusión no gaussiana de la microestructura del glioma cerebral con respecto a los diferentes grados de gliomas usando este nuevo método de imagen por difusión curtosis (DK). En este estudio, se compararon de forma prospectiva las medidas de difusión de la curtosis media (MK), la fracción de anisotropía (FA), y el coeficiente de difusión aparente (ADC). Los resultados de este estudio muestran diferencias significativas en la media de DK entre los glioma grados II a IV de la OMS, lo que demuestra una mejor separación entre los grados del tumor por medio de DK que las mediciones convencionales de imagen TD. Esta nueva técnica potencialmente puede ser utilizada como otro biomarcador no invasivo para la clasificación del tumor.