Resonancia magnética de difusión en pacientes con migraña

La Resonancia magnética de difusión (dMRI) se basa en la detección de los movimientos microscópicos de las moléculas de agua en los tejidos mediante la aplicación de gradientes en el campo magnético aplicado. Esta técnica puede detectar anomalías en la sustancia blanca cerebral que no son visibles en las secuencias convencionales de Resonancia Magnética (RM). Algunos estudios en la literatura han reportado propiedades anormales de la sustancia blanca en varias regiones del cerebro de pacientes con migraña. Nuestro objetivo es investigar los cambios microestructurales en la sustancia blanca cerebral aparentemente normal entre sujetos con diagnóstico de migraña en diferentes situaciones clínicas y controles sanos según lo revelado por dMRI. Desde la unidad de cefaleas del hospital clínico universitario de Valladolid (HCUV) se seleccionaron 19 pacientes con diagnóstico clínico de migraña según la versión beta de la III Edición de la Clasificación Internacional de Cefaleas (CIC-3) (5 hombres y 14 mujeres de 37,3 ± 9,5 años) y 11 controles sanos emparejados (36,9 ± 12,5 años). Se recogieron características demográficas y nosológicas de los pacientes. Los volúmenes de dMRI fueron adquiridos en un escáner 3T (61 direcciones de gradiente, valor b=1000 s/mm^2, tamaño del voxel 2x2x2 mm^3 y matriz 128x128 con 66 cortes que cubren todo el cerebro). Después de la estimación del tensor de difusión, el conjunto de datos fue analizado mediante el método TBSS (Tractografía basada en la Estadística). Las medidas escalares analizadas fueron la anisotropía fraccional (FA), difusividad media (MD), difusividad axial (AD), difusividad radial (DR) y el modo de tensor (TM).El análisis con TBSS reveló diferencias estadísticamente significativas entre pacientes con migraña y controles sanos. Se objetivó una disminución de los valores de FA y TM en los pacientes con diagnóstico de migraña, mientras que los valores de MD y RD aumentaron en este mismo grupo (p < 0,05). No se observaron cambios significativos en los valores de AD. Conclusiones: A pesar del reducido número de pacientes estudiado, se han encontrado alteraciones generalizadas en la sustancia blanca cerebral en pacientes con migraña que no existen en los controles sanos. Estas alteraciones podrían constituirse como un biomarcador sensible para reflejar una pérdida de sustancia blanca en estos pacientes, aunque habría que seguir desarrollando esta idea en investigaciones futuras. La naturaleza microestructural de los cambios encontrados requiere más estudio.Grado en Medicin

Características de la sustancia blanca por tractografía en la resonancia magnética de encéfalo. Clínica Internacional, 2010-2014

Determina las características de la sustancia blanca por tractografía en el examen de resonancia magnética de encéfalo. Clínica Internacional, 2010-2014. Es un estudio de tipo observacional, de diseño descriptivo, retrospectivo y de corte transversal. Se utilizó 44 historias clínicas de pacientes con informe radiológico del examen de resonancia magnética de encéfalo más tractografía en el periodo comprendido entre enero del 2010 a junio del 2014, donde se evaluaron las características de la sustancia blanca. Se realizó frecuencias absolutas y relativas. Encuentra que se determinó que en las características de la sustancia blanca solo el 4.5% mostraba desviación en su direccionalidad. El 6.8% mostraba volumen disminuido. El 4.5% de los tractos analizados mostró fracción de anisotropía disminuida en la lado derecho, el 2.3% mostro fracción de anisotropía disminuida en el lado izquierdo. En las neoplasias, en el tracto cortico espinal se presentó desviación en el 20% de los tractos analizados. Para las neoplasias, en el fascículo uncinado se encontró una disminución del volumen en el 20% de los tractos analizados. Para las neoplasias, en el fascículo uncinado se encontró una disminución de la fracción de anisotropía en el 20% de los tractos analizados del lado derecho, así como también, en el fascículo arcuato. Concluye que la tractografía caracteriza a la sustancia blanca del encéfalo mostrando direccionalidad sin desviación, volumen normal y fracción de anisotropía normal.Tesi

Gliomas difusos en áreas elocuentes: avances diagnósticos y terapéuticos

Objetivo: presentar los avances diagnósticos, moleculares y radiológicos, así como en las estrategias terapéuticas para gliomas difusos en los últimos 5 años (2018-2023) en la Fundación Universitaria de Ciencias de la Salud (FUCS), Bogotá D.C., Colombia. Materiales y métodos: se describen las técnicas diagnósticas y terapéuticas utilizadas para gliomas difusos con casos ilustrativos. Resultados: se muestran los avances de las herramientas diagnósticas y terapéuticas para el manejo de gliomas difusos. Discusión: en los últimos 5 años se ha avanzado en la clasificación, diagnóstico y tratamiento de los gliomas difusos, gracias a los avances tecnológicos como los marcadores moleculares, la tractografía y la fusión de imágenes para la neuronavegación y las técnicas de estimulación cortical. Esto ha permitido que el tratamiento de los pacientes con dichos tumores mejore la tasa de morbilidad, la calidad de vida libre de enfermedad y la supervivencia global. Conclusiones: las técnicas de diagnóstico como la tractografía, la fusión integral de imágenes intraoperatorias y el mapeo cerebral electrofisiológico con estimulación cortical y subcortical han mejorado el diagnóstico y tratamiento de los gliomas difusos

Estudio de la conectividad del núcleo subtalámico y su aplicación a la cirugía de estimulación cerebral profunda.

El papel modulatorio de la corteza motora y premotora sobre el n. subtámico representa la base de la terapia de Estimulación Cerebral Profunda (DBS). El objetivo del trabajo es la visualización de dicha conectividad mediante RM-dti y establecer su relación con los efectos clínicos de registro neuronal intraoperatorio y la estimulación crónica del n.subtalámico. Material y Métodos: Hemos estudiado 30 pacientes diagnosticados de enfermedad de Parkinson e intervenidos de estimulación Cerebral profunda a nivel del núcleo subtalámico, en los que realizamos el microregistro con 165 track. El procedimiento quirúrgico se llevo a cabo estereotácticamente mediante dos sistemas o con marco de Leksell o con nex-frame y la planificación la realizamos en el Neuronavegador SteathlStation S7 o IPlan 6. El microregistro intraoperatorio unitario y de campo lo realizamos con el software AlphaOmega con multitrack (1-3 en cada hemisferio). El estudio de la conectividad premotora y motora del n. subtalámico fue realizado con RM-Dti Philips 3T, 34 vectores Medtronic software SteathlViz. TAC seriados intraoperatorio OARM de los electrodos de registro y DBS. Corregistro intraoperatorio TAC-RM prequirúrgica con SteathlStation o Iplan, y análisis de la tractografía con el software AMIRA System para obtener la tractografia probabilistica. Resultados y Discusión: Mediante Rm-DTI podemos establecer la conectividad del núcleo subtalámico. Existe una conexión intrasubtalamica entre la vida promotora y motora. La tractografia nos sitúa la región motora del subtalamo a nivel postero-lateral, con el estudio mediante beta-oscilaciones obtenemos el mismo resultado. Esto nos permite decir que ambas técnicas se valiadan entre si y permiten de forma preoperatoria e intraoperatoria definir la región motora del subtalamo que es nuestro target para la cirugía. Conclusiones: 1.Mediante las secuencias RM-DTI podemos obtener la tractografía del nucleo subtalámico. Esto nos permite en el preoperatorio identificar la porción motora del núcleo subtalámico, y por tanto la diana ideal para posicionar el electrodo definitivo. 2.Por tractografía podemos definir un eje de conectividad intrasubtalámica definido por las conexiones entre la conectividad motora y premotora, situado en la porción supero-lateral del mismo y otro inferior que contacta con la sustancia nigra. 3.Encontramos las oscilaciones beta en la región superior y lateral del núcleo subtalámico, y en la región más inferior del mismo. 4.Tanto por imagen con la tractografía como con el registro de las beta-oscilaciones identificamos la región supero-lateral como la porción motora del subtalamo, nuestro target para la estimulación subtalámica en la enfermedad de Parkinson. 5.Si el electrodo de estimulación contacta con el eje de conectividad y en el registro obtenemos beta oscilaciones, obtenemos una mejoría media del porcentaje de mejoría atribuible a la estimulación mayor del 60%. No evidenciamos diferencias entre los dos grupos anestésicos evaluados, ni a nivel de clínico ni a nivel de la obtención durante el registro de oscilaciones beta, por lo que podría plantearse el trata-miento de la estimulación cerebral profunda con el paciente dormido, con el fin de mejorar el confort del paciente durante la cirugía.The modulator role of premotor and motor cortex is the basis for deep brain stimulation. Identification of the motor part of the subthalamic nucleus as part of the pre-surgical workup. The objective is describe the subthalamic patterns connectivity with DTI_MRI analysis and make a correlation study of DTI patterns with hyperdirect pathway with MER and clinical effect of DBS therapy. Material and methods Analyze 30 Parkinson patient for bilateral subthalamic DBS surgery and 165 MER. Stereotactic procedure was made with Leksell frame or nex-frame, and planning with Neuronavegation Steath-Station S7 o IPlan 6. Alpha-omega software microguided system for MER. 3T preoperative MRI T1, T2, slice 0,8 mm (625 images), 3D CT scan co-register (stealthstation S7), 4 Sequencial intraoperative O-arm ( MER and DBS) ,Postoperative CT scan.DTI MRI DTI 3T Philips 32 gradient overplus ON rel 2.5 .Analysis DTI stealthviz . Parameter FA0,20 ADC 0,10 Seed 1.0 MPR5.0. Post-analysis DTI Amira system: microscope module. UPDRS III previous and one year after the surgery. Results and discussion: We could study the level of segregation of the subthalamic motor part, which is relevant for the planning of STN DBS procedures. There is an intrasubthalamic connection between premotor and motor tracks. Dorso-lateral region of subthalamic nucleous has the main density of beta-oscillations. This region has also the main density of motor and premotor points of connectivity in probabilistic DTI images. So we think this validated both techniques. This studies let us preoperative and intraoperative define motor part of subthalamus, our target for DBS. We observe a correlation with motor recruitment and better clinical results in patients with DBS sets near motor connectivity points. Conclusions: MRI-DTI allow to study subthalamic connectivity. This let us preoperative identify motor region of subthalamus, our target for surgery. We defined intrasubthalamic axis created with premotor and motor connection. This axis is in dorso-lateral region, and another inferior near nigra. We get beta oscillation in dorso-lateral region, and also in inferior region near nigra. Both of them, tractography and MER register are in dorso-lateral region of subthalamus. Patients with bilateral lead implant on motor connectivity region and beta-oscillations improve more than 60 % on UPDRS III . We don´t get differences about clinical results between general anesthetic and local anesthetic, neither in beta oscillation register. DBS surgery could be made under general anesthetic to improve comfort for patients

Anatomía microquirúrgica y demostración a través de tractografía de los principales haces de proyección de sustancia blanca del tronco-encéfalo humano

Entre los tractos eferentes primordiales se encuentra el sistema cortico-espinal, que desciende desde centros corticales superiores, atraviesa el tronco-encéfalo, decusándose gran parte de sus fibras en del tercio inferior del bulbo raquídeo hasta finalizar en la médula espinal. Los mayores tractos aferentes, que ascienden a través del tronco-encéfalo incluyen al lemnisco medial y al tracto espinotalámico, hasta la principal estación sensitiva del sistema nervioso central: el tálamo. Por otro lado, el cerebelo está conectado con el resto tronco-encéfalo a través de tres pares de tractos de fibras de proyección conocidos como pedúnculos cerebelosos: los pedúnculos cerebelosos superior, con fibras eferentes dirigidas hacia el mesencéfalo y tálamo; pedúnculos cerebelosos medios, con fibras aferentes ponto-cerebelosas que llegan principalmente al neocerebelo; y pedúnculos cerebelosos inferiores, con fibras tanto eferentes como aferentes que lo comunican con el bulbo raquídeo. Las técnicas de tinción histológica aplicadas al estudio anatómico han mejorado el entendimiento de la organización de la sustancia blanca, especialmente en el tronco-encéfalo. Sin embargo, la técnica de disección de fibras, descrita ampliamente en la literatura, constituye, desde el punto de vista quirúrgico, el mejor método para adquirir un conocimiento acertado y preciso de las estructuras internas del cerebro y tronco-encéfalo. Los avances en neuroimagen, mediante la introducción y desarrollo de la técnica de imagen con tensor de difusión (DTI) de resonancia magnética (RM) y el desarrollo de la tractografía basada en el tensor de difusión ha permitido delinear individualmente y valorar el estado de los principales tractos de sustancia blanca “in vivo”, esencial para estudios neurocientíficos así como en la práctica clínica neuroquirúrgica (añadir referencias). Por este motivo y tomando en cuenta la literatura al respecto, se propone un estudio desarrollado principalmente en el laboratorio de neuroanatomía, con el empleo de la técnica de microdisección de fibras nerviosas, que tiene como objetivo principal demostrar la topografía de los principales sistemas de fibras que conectan el tronco-encéfalo con el cerebro y cerebelo humano: el tracto cortico-espinal y el lemnisco medial (como representantes del sistema motor y sensitivo), así como los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior; exponiendo las trayectorias de los distintos haces y relaciones con el resto de estructuras de la sustancia blanca y núcleos de sustancia gris, que ofrezca una perspectiva microquirúrgica de la conformación del tronco- encéfalo, complementado con la demostración de los mismos mediante la técnica de tractografía llevada a cabo en sujetos sanos, y en conjunto adquirir un visión anatómica global que pueda ser incorporada en la práctica neuroquirúrgica y favorezca el discernimiento entre posibles corredores anatómicos al momento de abordar el interior del tronco-encéfalo. II. HIPOTESIS 1. El estudio tridimensional del tronco-encéfalo por medio de la técnica de microdisección de fibras, mejoraría el conocimiento de la configuración y relaciones entre los principales haces de proyección de sustancia blanca en su interior. 2. El conocimiento de la anatomía quirúrgica y función de las estructuras del tronco-encéfalo es crucial para entender la topografía exacta y posibles comportamientos de las lesiones que pueden albergarse en él, así como asistir a los neurocirujanos en elegir las posibles zonas de abordajes mas apropiadas para entrar al tronco-encéfalo, según el escenario en cuestión. 3. Las modernas técnicas de imagen como la tractografía basada en tensor de difusión permiten delinear los principales tractos de sustancia blanca del tronco-encéfalo y cerebelo humano “in vivo” y deberían formar parte del estudio rutinario en la patología del tronco-encéfalo. 4. La incorporación de los conocimientos anatómicos previamente adquiridos permite la correcta interpretación de la disposición de los haces de sustancia blanca representados en las imágenes de tractografía del tronco-encéfalo y cerebelo y ayudaría al análisis de los posibles cambios que pueden surgir ante determinadas situaciones patológicas en su interior. III. OBJETIVOS: El objetivo principal es realizar un estudio anatómico descriptivo mediante la técnica de microdisección de fibras para identificar tridimensionalmente los principales haces de proyección que conectan el tronco-encéfalo con el cerebelo y cerebro: el tracto cortico-espinal, el lemnisco medial, y los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior, describiendo sus trayectos y principales relaciones con estructuras vecinas. Mediante el empleo de la tractografía basada en tensor de difusión, el estudio radiológico tiene como objetivo primordial la demostración “in vivo” en sujetos sanos, de los tractos de sustancia blanca estudiados mediante la microdisección de fibras, complementando los hallazgos anatómicos. El examen de la estructura interna y configuración en el tronco-encéfalo de los tractos mencionados busca proporcionar al neurocirujano una visión real y tridimensional de la anatomía quirúrgica del tronco-encéfalo y cerebelo, así como favorecer el análisis mas critico de la tractografía basada en tensor de difusión, reconociendo tanto sus beneficios como limitaciones. Finalmente favorecer a perfeccionar la planificación quirúrgica, con la selección de un abordaje anatómico hacia el interior del tronco-encéfalo, que sea más apropiado para alcanzar la exéresis de lesiones, ocasionando el menor riesgo de afectación de los haces de sustancia blanca destacados en el estudio anatómico. IV. MATERIAL Y METODOLOGIA El presente proyecto de investigación se ha dividido en dos etapas bien diferenciadas, la primera y principal correspondiente a la fase de trabajo en el laboratorio o fase anatómica, y la segunda ha sido la fase radiológica, complementaria y de interés demostrativo. 1. Estudio Anatómico: El estudio anatómico se llevó a cabo en los laboratorios de neuroanatomía del Yeditepe University Hospital (Estambul, Turquía) y del Hospital Universitario de la Ribera (Alzira, España) entre julio de 2012 y enero de 2015, empleando el material proporcionado por ambos centros. Se realizaron midrodisecciones anatómicas que incluyeron los siguientes especímenes de encéfalo humano: 15 tronco-encéfalos, 15 hemisferios cerebelosos y 10 hemisferios cerebrales, así como cortes anatómicos en tres especímenes cadavéricos de cabeza humana. 2. Estudio Radiológico: La segunda parte consistió en un estudio radiológico con imágenes de tractografía basada en tensor de difusión, obtenidas a partir de RM cerebrales realizas a 15 sujetos sanos de manera prospectiva, entre Enero y Julio de 2015, mediante un equipo Philips Achieva de 1,5 Teslas. A todos los sujetos incluidos se le explicó previamente las características del estudio, firmando a continuación una hoja de consentimiento informado, contando con la aprobación del Comité Ético Científico del Hospital Universitario de La Ribera (Anexo A). De esta forma, se crearon volúmenes tridimensionales de los fascículos de sustancia blanca de proyección seleccionados que atraviesan el tronco-encéfalo: el tracto cortico-espinal, el lemnisco medial y los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior. V. RESULTADOS 1. Estudio Anatómico: Se llevaron acabo microdisecciones de las distintas capas para demostrar las principales trayectorias y relaciones del tracto cortico-espinal, el lemnisco medial y los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior, adquiriendo una visión tridimensional de su disposición, ilustrando los distintos pasos de disección en las series de figuras, siguiendo el siguiente orden: 1.1 Cara Lateral de la Superficie Cerebral y Vía Cortico-espinal: 1.2 Superficie Superior y borde lateral del Hemisferio Cerebeloso y Tronco-encéfalo: 1.3 Superficie Inferior del Hemisferio Cerebeloso y Posterior del Tronco-encéfalo: 1.4 Superficie Anterolateral del Tronco-encéfalo: 2. Estudio Radiológico: Tractografía por Tensor de Difusión y correlación anatómica: Tras el análisis de las secuencias axiales de DTI de RM cerebrales llevadas a cabo en 15 sujetos sanos y la selección de las ROI en las áreas correspondientes a la localización de las fibras de los tractos rastreados en el mapa de colores de DTI, se consiguió la reproducción y consecuente demostración triplanar mediante imágenes de tractografía del tracto cortico-espinal, lemnisco medial y los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior, proporcionando información cualitativa y descriptiva complementaria al estudio de la fase de laboratorio. VI. DISCUSION: Lograr delinear el estado individual de los tractos de sustancia blanca mediante la tractografía en el tronco-encéfalo y estudiar su relación con posibles lesiones en su interior, es fundamental en la valoración diagnóstica y preoperatoria, y conveniente en controles postoperatorios. La información cualitativa y cuantitativa, in vivo, obtenida de su visualización es de valor incuestionable. A pesar de las limitaciones previamente descritas, en el actual trabajo, se ha reproducido mediante esta técnica el principal trayecto del tracto cortico-espinal, lemnisco medial, tractos cortico-ponto-cerebelosos y pedúnculos cerebelosos, pudiendo apreciar las relaciones arquitecturales entre ellos y estructuras circundantes. En este contexto, y con el objetivo de mejorar el manejo de los pacientes con lesiones de tronco-encéfalo, los cirujanos debemos ser conscientes de que en el futuro, es posible que la planificación quirúrgica involucre la aplicabilidad rutinaria de técnicas de neuroimagen avanzadas y de alta definición como la RM de 7.0 Teslas, las imágenes por espectro de difusión, o la tractografía de fibras de alta definición, que permiten delimitar con mayor exactitud las lesiones en el interior del tronco-encéfalo, y sus relaciones con la sustancia blanca y gris circundante, con el mejor reconocimiento de pequeños tractos de fibras, todo ello crítico en la valoración pre y postquirúrgica. Por tanto, el conocimiento anatómico detallado adquirido por medio de la técnica de microdisección de fibras se convierte en un pilar fundamental de cualquier cirujano relacionado con el tratamiento de la patología neuroquirúrgica de esta región del sistema nervioso central, ofreciendo una visión tridimensional única acerca de la intrincada organización interna de la sustancia blanca. Finalmente, la cooperación entre el desarrollo creciente de la neuro-radiología, de la microcirugía y de la neurofisiología intraoperatoria, debe ir de la mano de la investigación y estudio en los laboratorios de neuroanatomía, que participa así como un cuarto elemento clave para alcanzar resultados satisfactorios en pacientes sometidos a cirugía de lesiones en el tronco-encéfalo. Adoptando la técnica de microdisección de fibras, y centrándose en exponer las fibras de los tractos cortico-espinal, lemnisco medial y pedúnculos cerebelosos, la fase de laboratorio del estudio permitió apreciar la disposición fundamental macro y microscópica de los haces de sustancia blanca que atraviesan al tronco-encéfalo y lo conectan con el prosencéfalo y cerebelo, íntimamente relacionados con los núcleos de sustancia gris y los pares craneales que lo atraviesan. Debemos recordar que la disección de un sistema de fibras generalmente resulta en la destrucción de otro y que, conseguir demarcar claramente pequeños haces de fibras, tanto como identificar el origen o terminación de los mismos, puede convertirse en una gran tarea, a pesar de contar con instrumentos microquirúrgicos y alta magnificación, como se evidenció durante la fase de la laboratorio. Sin embargo fue posible mostrarlos y seguir su principal recorrido en el tronco-encéfalo y cerebelo, concebir el curso y sus principales relaciones espaciales entre sí y con otras estructuras parenquimatosas, todo ello difícil de concebir únicamente mediante el estudio de ilustraciones histológicas, comunes y ampliamente descritas en la literatura. Por último, se debe enfatizar la implicación definitivamente innegable en el campo de la neurocirugía derivada del conocimiento obtenido en el laboratorio como es el propósito de mejorar la interpretación y entendimiento de las técnicas imagen de RM cerebral convencionales y avanzadas (DTI - tractografía), reconociendo tanto sus beneficios como limitaciones acerca de la precisión y veracidad (relacionadas, en parte, a la intrincada arquitectura de la sustancia blanca), y ambos en conjunto (anatomía y radiología), favorecer el refinamiento de la estrategia quirúrgica, que incluye la planificación de antemano de un posible corredor anatómico-quirúrgico óptimo al interior del tronco-encéfalo, que con el apoyo de la monitorización neurofisiológicas intraoperatoria y de la más minuciosa técnica microquirúrgica, evite el daño en el tejido sano adyacente neural y vascular, críticamente funcional , todo ello representando principios supremos en la búsqueda de la excelencia quirúrgica, basada en una máxima resección con mínima morbilidad, al enfrentarse al gran reto que supone la cirugía de lesiones que afectan al tronco-encéfalo. VII. CONCLUSIONES 1. Mediante la técnica de microdisección de fibras, la fase anatómica del estudio permitió apreciar la disposición y organización tridimensional macro y microscópica de los haces de sustancia blanca que atraviesan al tronco-encéfalo y lo conectan con el prosencéfalo y cerebelo, íntimamente relacionados con los núcleos de sustancia gris y los pares craneales que lo atraviesan. 2. La demostración de las principales trayectorias de los tractos cortico- espinal, lemnisco medial, y pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior, fue posible durante la fase anatómica, determinando las relaciones que guardan entre sí, así como con las estructuras neurales vecinas intrínsecas y con la superficie del tronco-encéfalo y cerebelo. 3. En la fase radiológica se consiguió seguir las trayectorias esenciales de dichos tractos de sustancia blanca a través de los mapas de color de DTI de RM cerebrales realizadas a sujetos sanos, así como su posterior demostración en los tres planos por medio de la tractografía basada en tensor de difusión. 4. A pesar de las limitaciones inherentes a las técnicas de disección y tractografía, tales como dificultades para demostrar el origen y terminación de los haces de sustancia blanca o la exacta delimitación entre tractos contiguos y de trayectoria similar (lemnisco medial - tracto espinotalámico), así como el comportamiento y dirección individual de los mismos en zonas de entrecruzamiento complejo, el conocimiento adquirido tras llevar a cabo las microdisecciones en el laboratorio ha aportado una perspectiva única y profunda que ha favorecido la correcta reproducción e interpretación de las imágenes obtenidas en la tractografía. 5. El conocimiento amplio de la anatomía quirúrgica del tronco-encéfalo exige de gran dedicación y trabajo en los laboratorios de neuroanatomía como elemento crucial para entender la topografía exacta y relaciones anatomofuncionales. Su ilustración fotográfica, especialmente basado en imágenes en 3D, constituye un elemento clave para su adecuada difusión y comprensión. El objetivo final radica en trasladarlo al escenario de la práctica clínica, permitiendo el análisis crítico y exhaustivo de la localización y relaciones anatómicas de posibles lesiones que puedan albergar en su interior al visualizar e interpretar las distintas pruebas de neuroimagen disponibles, así como favorecer un adecuado manejo e indicación quirúrgica, incluyendo la selección preoperatoria de estrategias óptimas y posibles zonas de abordajes a su interior y finalmente el perfeccionamiento de la técnica microquirúrgica. 6. Se recomienda que las modernas técnicas de imagen como la tractografía basada en tensor de difusión se incorporen como parte del estudio de la patología del tronco-encéfalo con el objetivo de determinar “in vivo” las relaciones y los posibles cambios en la disposición de los principales tractos de sustancia blanca en su interior. La incorporación de software más avanzados y técnicas de mayor resolución permitirá la reproducción mas fidedigna de haces individuales de sustancia blanca, especialmente en el tronco-encéfalo, incluyendo aquellos de menor calibre

Sistemas tecnológicos para la manipulación de imágenes radiológicas en el estudio de la sustancia blanca cerebral

[ES]Como objetivo global del trabajo de tesis será; aportar conocimiento sobre la capacidad tecnológica para el estudio de la sustancia blanca y la manipulación de diferentes softwares radiológicos para su estudio. Como objetivos específicos: - Llevar a cabo una revisión de las técnicas de imagen radiológicas y de softwares comerciales para el estudio de la sustancia blanca. - Analizar diferentes softwares para el estudio anatomo-radiológico de la sustancia blanca cerebral, valorando las ventajas e inconvenientes de los mismos. – Valorar la utilidad de estos medios tecnológicos en la práctica clínica, así como en el ámbito de la docencia. - Valorar a través de encuestas, el grado de utilización y de conocimiento de softwares comerciales por parte del radiólogo para el tratamiento de la imagen radiológica

Desarrollo y validación de un modelo de estimulación cerebral profunda (DBS) para la optimización de la posición del electrodo con respecto a la orientación de las fibras

[ES] La estimulación cerebral profunda (DBS, por sus siglas en inglés) es una terapia empleada en el tratamiento de enfermedades neurológicas con trastorno motor, como la enfermedad de Parkinson (EP). La estimulación del núcleo subtalámico (STN) es el procedimiento más común para el tratamiento de la EP y los resultados terapéuticos dependen fundamentalmente en la ubicación quirúrgica precisa de los electrodos en el STN. Aunque la planificación quirúrgica de la posición de los electrodos se realiza en base a imágenes de resonancia magnética del cerebro del paciente, actualmente no se tiene en cuenta la dirección de las fibras en el STN para posicionar el electrodo. Por tanto, el objetivo principal de este trabajo es estudiar cómo la distribución espacial de las fibras influye en la activación neuronal de los tractos adyacentes del STN, con el fin de determinar la orientación idónea del electrodo que permitan activar el número máximo de fibras nerviosas en el área objetivo del STN. La metodología empleada en este trabajo se basa en el desarrollo de un modelo 3D de DBS en COMSOL Multiphysics para simular la distribución del campo eléctrico al estimular con un electrodo. Para calcular los umbrales de estimulación de las neuronas, se usa el modelo de fibra B de Richardson, McIntyre y Grill (RMG), desarrollado en MATLAB. Posteriormente, se calcula la activación neuronal en fibras posicionadas a 0, 30, 60 y 90° respecto al electrodo. Finalmente, a partir de imágenes de tensor de difusión (DTI), se incluye la tractografía de un paciente real en el modelo 3D de DBS para visualizar tridimensionalmente las fibras residentes y cercanas al STN y se calcula las fibras activadas a diferentes orientaciones del electrodo.[CA] L'estimulació cerebral profunda (DBS, per les seues sigles en anglés) és una teràpia emprada en el tractament de malalties neurològiques amb trastorn motor, com la malaltia de Parkinson (EP). L'estimulació del nucli subtalàmic (STN) és el procediment més comú per al tractament de la EP i els resultats terapèutics depenen fonamentalment en la ubicació quirúrgica precisa dels elèctrodes en el STN. Encara que la planificació quirúrgica de la posició dels elèctrodes es realitza sobre la base d'imatges de ressonància magnètica del cervell del pacient, actualment no es té en compte la direcció de les fibres en el STN per a posicionar l'elèctrode. Per tant, l'objectiu principal d'aquest treball és estudiar com la distribució espacial de les fibres influeix en l'activació neuronal dels tractes adjacents del STN, amb la finalitat de determinar l'orientació idònia de l'elèctrode que permeten activar el nombre màxim de fibres nervioses en l'àrea objectiu del STN. La metodologia ocupada en aquest treball es basa en el desenvolupament d'un model 3D de DBS en COMSOL Multiphysics per a simular la distribució del camp elèctric en estimular amb un elèctrode. Per a calcular els llindars d'estimulació de les neurones, s'usa el model de fibra B de Richardson, McIntyre i Grill (RMG), desenvolupat en MATLAB. Posteriorment, es calcula l'activació neuronal en fibres posicionades a 0, 30, 60 i 90° respecte a l'elèctrode. Finalment, a partir d'imatges de tensor de difusió (DTI), s'inclou la tractografía d'un pacient real en el model 3D de DBS per a visualitzar tridimensionalment les fibres residents i pròximes al STN i es calcula les fibres activades a diferents orientacions de l'elèctrode.[EN] Deep brain stimulation (DBS) is a therapy used in the treatment of neurological diseases with motor disorders, such as Parkinson's disease (PD). Stimulation of the subthalamic nucleus (STN) is the most common procedure for the treatment of PD and the therapeutic results depend primarily on the precise surgical placement of the electrodes in the STN. Although surgical planning of the electrode position is performed based on magnetic resonance imaging of the patient's brain, the direction of the fibers in the STN is currently not taken into account for electrode positioning. Therefore, the main objective of this work is to study how the spatial distribution of the fibers influences the neuronal activation of the adjacent tracts of the STN, in order to determine the ideal orientation of the electrode to activate the maximum number of nerve fibers in the target area of the STN. The methodology used in this work is based on the development of a 3D DBS model in COMSOL Multiphysics to simulate the electric field distribution when stimulating with an electrode. To calculate the stimulation thresholds of neurons, the Richardson, McIntyre and Grill (RMG) B-fiber model, developed in MATLAB, is used. Subsequently, neuronal activation is calculated in fibers positioned at 0, 30, 60 and 90° with respect to the electrode. Finally, from diffusion tensor imaging (DTI), the tractography of a real patient is included in the 3D DBS model to three-dimensionally visualize the resident and near STN fibers and the activated fibers at different electrode orientations are calculated.Escamilla Muñoz, A. (2021). Desarrollo y validación de un modelo de estimulación cerebral profunda (DBS) para la optimización de la posición del electrodo con respecto a la orientación de las fibras. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/172729TFG

Estudio microanatómico, de imagen y eléctrico de la unión diencéfalo-mesencefálica : aplicación a la cirugía de estimulación cerebral profunda en la enfermedad de Parkinson

INTRODUCCION “Hyperactivity in the subthalamic nucleus (STN) projections to the globus pallidus medialis (GPM) has been stablished as a crucial feature of parkinsonism in animal models of Parkinson´s disease (PD)” Con esta afirmación, Guridi et al., dan luz verde en el año 1993 al estudio y desarrollo del Núcleo Subtalámico como una nueva diana terapéutica en la estimulación cerebral profunda para el tratamiento de la Enfermedad de Parkinson. El núcleo subtalámico se ha utilizado desde entonces como una de las principales dianas en cirugía estereotáctica para la Estimulación Cerebral Profunda. La estimulación eléctrica de esta pequeña estructura ha demostrado ser un método efectivo a la vez que seguro para el tratamiento de determinados síntomas asociados a la Enfermedad de Parkinson, al mejorar ciertas manifestaciones motoras que incluyen rigidez, temblor, bradicinesia, discinesia y alteraciones del equilibrio. Uno de los puntos más críticos durante este tipo de procedimientos es el cálculo exacto de las coordenadas de la diana para la colocación de los electrodos. Con el objetivo de obtener los mejores resultados clínicos, los electrodos deben colocarse en un punto en el espesor del Núcleo Subtalámico, donde la estimulación eléctrica consiga aliviar los síntomas motores sin producir efectos secundarios indeseables. En esta línea, un gran número de estudios clínicos han sido publicados discutiendo la mejor manera de localizar y llegar a dicha estructura siguiendo los procemientos clásicos basados en los cortes histológicos de los clásicos atlas estereotácticos. Así pues, existen una gran cantidad de procedimientos para la localización del Núcleo Subtalámico (indirectos, compuesto, individual automática, probabilística, directa), con diferentes estudios de imagen (ventriculografía, TC, RM), con o sin microrregistro intraoperatorio, y mediante sistemas estereotácticos clásicos con o sin marco. A pesar de todos estos estudios, el método clásico de localización de dianas terapéuticas sigue siendo un "procedimiento a ciegas", puesto que está basado en la utilización de un sistema de coordenadas dadas para un atlas estandarizado como el Schaltenbrand-Wahren, asumiendo la correlación interindividual como un hecho objetivo. Pese a la constante evolución tecnológica en todos los campos de la Neurocirugía, en la actualidad, pocos estudios se han centrado en el estudio del Núcleo Subtalámico y sus estructuras vecinas desde un punto de vista anatómico y de imagen, con el objetivo de convertir estos métodos de localización en procedimientos más anatómicos empleando las técnicas de imagen más modernas. La mejora en la calidad de las secuencias de Resonancia Magnética con la introducción de las máquinas de 3-T MR, ha permitido un análisis individualizado de las estructuras anatómicas que encontramos en la union diencéfalo – mesencefálica, abriendo las puertas a la posibilidad de desarrollar un método directo de localización de dianas terapéuticas, basado en referencias anatómicas del propio enfermo, incrementando al menos de forma teórica la precision de dichos procedimientos. Siguiendo esta línea de razonamiento, el objetivo que nos marcamos con este proyecto de investigación va a ser un estudio pormenorizado de la union diencéfalo – mesencefálica que permita dar un paso adelante en la planificación de la cirugía de Estimulación Cerebral Profunda, al transformar la clásica vision bidimensional que ofrecen los atlas clásicos de esta region, en un espacio tridimensional, mucho más comprensible y que permita elegir las dianas terapéuticas así como las diferentes trayectorias de una forma más anatómica. La transformación de los procedimientos neuroquirúrgicos funcionales clásicos con base neurofisiológica hacia procedimientos con una base fundamentalmente anatómica parece inevitable. Sin embargo, esta transformación no debe darse a cualquier precio, y el primer paso para alcanzar este cambio debe ser un completo análisis microanatómico, de imagen y electrofisiológico del ambiente microanatómico del Núcleo Subtalámico en el la union diencéfalo – mesencefálica. HIPOTESIS 1. Una minuciosa disección microanatómica de la unión diencefalo – mesencefálica mejoraría el conocimiento de la localización y relaciones entre las diferentes estructuras que rodean las principales dianas terapéuticas en los procedimientos de Estimulación Cerebral Profunda. 2. Una vez preparada la disección, el registro de las coordenadas de los principales núcleos y fascículos de sustancia blanca alojados en la unión diencefalo – mesencefalica permite un cálculo más preciso de las distancias vectoriales y relaciones existentes entre dichas estructuras. 3. La incorporación de las modernas técnicas de imagen como son la Tractografía basada en el Tensor de Difusión a los procedimientos de Estimulación Cerebral Profunda mejoran la comprensión de los hallazgos intraoperatorios tras la microestimulación y permiten corregir de un modo más eficaz las distintas trayectorias posibles. 4. Las secuencias de Resonancia Magnética potenciadas en T2 en máquinas de 3 Teslas facilitan la visualización directa de varias estructuras anatómicas relevantes en los procedimientos de Estimulación Cerebral Profunda, y por tanto permiten el empleo de métodos anatómicos indirectos para localizar la diana terapéutica. 5. La fusión de secuencias anatómicas como son las potenciadas en T2 y las de difusión y tractografía, permiten la segmentación de las diferentes estructuras escogidas (núcleos profundos y tractos de sustancia blanca), obteniendo como resultado un espacio anatómico creado por los volúmenes generados para dichas estructuras. 6. Los métodos anatómicos indirectos como el Método Basado en el Núcleo Rojo incrementan la precisión del procedimiento de localización de la diana terapéutica en Estimulación Cerebral Profunda respecto a los métodos clásicos indirectos. 7. El registro de las coordenadas de los puntos en los que se testa una microestimulación así como los hallazgos funcionales generados, permite su inyección en los volúmenes creados mediante las secuencias anatómicas permitiendo estudiar que áreas alrededor del Núcleo Subtalámico son más eficaces aliviando la sintomatología motora en los enfermos de Parkinson. 8. El registro de las coordenadas de los puntos en los que la microestimulación provoca la aparición de efectos secundarios, así como de las coordenadas de los fascículos supuestamente responsables de los mismos permite el cálculo de la distancia vectorial entre ambos. Del mismo modo, el registro de las coordenadas de los puntos en los que la microestimulación mejora la sintomatología motora de la Enfermedad de Parkinson sin aparición de efectos secundarios, así como de las coordenadas de los fascículos responsables de los efectos secundarios, permite calcular la distancia entre ambos. Con ambas distancias (en presencia y ausencia de efectos secundarios) podemos elaborar unos márgenes de seguridad teóricos en el espesor del Núcleo Subtalámico, para los que la estimulación mejorará la sintomatología de los enfermos sin provocar efectos secundarios indeseables. 9. La creación de un espacio cartesiano permite la inyección de todos los hallazgos tanto anatómicos, como de imagen como de respuesta eléctrica mediante un sistema de coordenadas cartesianas (x,y,z), obteniendo un modelo tridimensional teórico en el que apreciaremos de una forma mucho más visual la relación entre los puntos estimulados y los hallazgos funcionales obtenidos tras esa estimulación, acercando de esa forma la Anatomía a la Neurocirugía Funcional, y sentando las bases para futuros estudios que permitan mejorar los procedimientos de localización de la diana terapéutica y por tanto incrementar la precisión y seguridad de la Cirugía de Estimulación Cerebral Profunda. OBJETIVOS El primer objetivo de la fase descriptiva del procedimiento experimental supone alcanzar una disección original de un área anatómica del cerebro humano hasta ahora nunca explorada mediante las técnicas clásicas de disección de sustancia blanca. En la faceta analítica del procedimiento experimental se espera alcanzar, mediante dicha disección microanatómica de la unión diencefálo – mesencefálica y los alrededores del Núcleo Subtalámico, un completo análisis de esta región desde un punto de vista estrictamente anatómico, con el objetivo de entender las relaciones entre las distintas estructuras vecinas, y comprender así la alta variabilidad que existe en la respuesta funcional tras la estimulación de distintos puntos durante los procedimientos de Estimulación Cerebral Profunda en el tratamiento quirúrgico de la Enfermedad de Parkinson. En cuanto a la vertiente clínica, uno de los objetivos principales será conseguir la incorporación y posterior validación de novedosas técnicas de imagen como puedan ser la tractografía basada en el Tensor de Difusión y secuencias anatómicas 3D potenciadas en T2, en los procedimientos rutinarios de planificación preoperatoria para procedimientos de Estimulación Cerebral Profunda. También en el ámbito clínico, se espera demostrar que los métodos anatómicos de localización de dianas terapéuticas son más precisos que los métodos clásicos indirectos. Además, y mediante la incorporación de la tractografía de estructuras como las proyecciones corticoespinales motoras del área motora primaria, el lemnisco medial, las proyecciones frontopontinas del Campo Ocular Frontal y las fibras del tercer par craneal, al protocolo de imagen básico en Estimulación Cerebral Profunda, esperamos poder demostrar que estos fascículos son responsables de las contracciones musculares tónicas, parestesias, y de la desviación conjugada y no conjugada de la mirada respectivamente. El objetivo final de este trabajo clínico – experimental será el diseño de un modelo tridimensional teórico sobre un espacio de coordenadas cartesiano, en el que podamos inyectar las coordenadas de las distintas estructuras estudiadas durante la fase anatómica, generando así los volúmenes de las mismas, así como inyectar las coordenadas de todos los puntos estudiados durante la fase clínica mediante estimulación y respuesta eléctricas y mediante las técnicas de imagen anatómicas. El estudio pormenorizado de este modelo tridimensional anatómico, eléctrico y de imagen, permitirá una mejor compresión de los hallazgos intraoperatorios durante la cirugía de Estimulación Cerebral Profunda, facilitando en futuros casos la elección de la diana terapéutica, consiguiendo así una cirugía más eficaz y más segura para los enfermos de Parkinson MATERIAL Material Experimental. Para el estudio anatómico empleamos cuatro especímenes cadavéricos (8 hemisferios cerebrales) procedentes de cadáveres adultos sin patología intracraneal descrita en su historial clínico. Siguiendo el método de preparación descrito por Klingler, los cristales de hielo que se forman tras los periodos de congelación, permiten separar de una forma sencilla los diferentes tractos de sustancia blanca. Así pues siguiendo dichas instrucciones, los diferentes especímenes fueron inicialmente fijados en una solución de formalina al 10% durante 8 semanas. Una vez transcurrido este tiempo, se prepararon para la disección, resecando la aracnoides y estructuras vasculares corticales empleando el microscopio quirúrgico. A continuación los hemisferios se lavaron bajo agua corriente con el objetivo de hacer desaparecer la formalina, para ser congelados por debajo de -10ºC, y descongelados varias veces durante 8 – 10 días. Una vez completado este proceso, las piezas anatómicas ya están preparadas para la disección. Para la disección se emplearon diferentes instrumentos de microcirugía como pinzas, aspiradores y microtijeras, siendo el principal instrumento la espátula de madera con diferentes tamaños y formas, cuyo uso evita dañar la sustancia blanca. El trabajo de disección se llevó cabo bajo la luz y ampliación proporcionadas por un Microscopio Quirúrgico D.F. Vasconcellos M900. La disección se grabó en video mediante un sistema de grabación conectado al microscopio quirúrgico. En cada uno de los pasos relevantes se tomaron diferentes capturas fotográficas mediante una cámara digital Sony DSC-HX1 de alta definición, tomando también capturas para la elaboración de imágenes en tres dimensiones. La elaboración de las imágenes en 3D se llevó a cabo mediante el software registrado Adobe PhotoShop CS v8.0.1. Para el cálculo de las relaciones, coordenadas y distancias empleamos un sistema de agujas y reglas micrométricas. Material Clínico. El estudio clínico se basó en el análisis de los datos proporcionados por una serie de 22 pacientes diagnosticados de Enfermedad de Parkinson y que fueron sometidos a cirugía de Estimulación Cerebral Profunda. Material Tecnológico. Los estudios de imagen realizados a todos los enfermos para la posterior planificación y análisis fueron: secuencias axial 3D potenciada en T1, axiales y coronales de 2mm de espesor potenciadas en T2, sagital MP-RAGE (voxel = 1.0 x 1.0 x 1.0 mm), y finalmente secuencias de Difusión para el cálculo de la Tractografía (30 direcciones, b=1000, voxel=2 x 2 x 2mm). Todos los estudios se realizaron en máquinas Siemens MAGNETON Trio 3 Tesla system (Erlangen, Germany) y Signa Excite 3 Tesla system (General Electric Health). Para el tratamiento de las imágenes y posterior análisis se empleó una estación de trabajo Medtronic StelathStation® y el software StelathVizTM con el módulo StealthDTITM. Para la navegación intraoperatoria se usó un Navegador Treon de Medtronic con el software FrameLinkTM 5.1 para estimulación cerebral profunda. Para el microrregistro intraoperatorio se empleó el sistema Medtronic LeadPointTM para micro y macroelectrodos. Para la elaboración del espacio tridimensional teórico se usaron los softwares registrdos SolidWorksTM y Descartes Web2.0®. METODOS Estudio Anatómico. La disección se llevó a cabo desde la superficie superolateral del córtex cerebral. Se empleó un protocolo original para la disección de las estructuras de la unión diencéfalo – mesencefálica, usando referencias anatómicas como fueron el área motora primaria ara las fibras motoras de la cápsula interna, el área somatosensitiva primaria para el lemnisco medial, y el campo ocular frontal para las proyecciones frontopontinas en el córtex telencefálico, y el tercer par craneal en la unión pontomesencefálica. Tras ir resecando la sustancia gris, los opérculos, el fascículo longitudinal superior, el córtex insular, cápsula extrema, claustrum, cápsula externa, putamen y globos pálidos externo e interno, dejamos expuesta la cápsula interna y su paso a los pedúculos cerebrales por detrás de la comisura anterior, a nivel de la unión diencéfalo – mesencefálica. A continuación se pasa a la cara medial para la disección de los núcleos profundos y las estructuras de sustancia blanca en cuestión desde la cara mesial, así como del tercer par. El trabajo medial comienza a nivel del mesencéfalo abriendo una ventana y localizando las fibras intrarrubrales del tercer par, así como la porción mesencefálica del núcleo rojo. La disección de la región diencefálica comienza a nivel del hipotálamo descubriendo las proyecciones frontopontinas en el brazo anterior de la cápsula interna desde su cara mesial. Tras la resección de los núcleos talámicos se expone la porción diencefálica del núcleo rojo y el fascículo retroflexo, así como la substantia nigra. En un plano más lateral encontraremos el núcleo subtalámico y porterior al mismo el lemnisco medial. El borde lateral del Subtálamo queda definido por las fibras motoras de la rodilla y brazo posterior de la cápsula interna. Una vez disecadas y definidas todas las estructuras en cuestión se calcularon sus coordenadas respecto al punto medio intercomisural (0,0,0). Con las coordenadas de cada estructura se calcularon las distancias vectoriales entre ellas mediante la siguiente fórmula: ((x1-x2) 2 + (y1-y2) 2 + (z1-z2) 2). Estudio Clínico. El cálculo de las coordenadas de la diana terapéutica respecto al punto medio intercomisural se llevó a cabo mediante el método clásico aunque también se realizaron los cálculos pertinentes para su cálculo mediante un método indirecto pero basado en referencias anatómicas, como es el método basado en el Núcleo Rojo (2mm inferior al borde superior en el corte coronal, y 3mm lateral al borde anterolateral del mismo en el corte axial), registrando las coordenadas de los 44 puntos (2 por paciente) mediante los dos métodos. Se incorporaron a la navegación intraoperatoria los volúmenes segmentados de los Núcleos Rojo y Subtalámico, la Cápsula Interna, Lemnsico Medial, proyecciones Frontopontinas y Tercer par Craneal. El procedimiento quirúrgico se llevó a cabo en los 22 enfermos, registrando las coordenadas de todos los puntos en los que se realizó microestimulación para testar la respuesta clínica. Tanto en presencia como en ausencia de efectos secundarios, se registraron las coordenadas de los puntos más cercanos al estimulado en el espesor de los fascículos responsables de los mismos (fibras motoras de la cápsula interna, lemnisco medial, proyecciones frontopontinas y tercer par craneal). También se registraron los puntos en los que la estimulación consiguió la desaparición de los síntomas motores Parkinsonianos sin aparición de efectos secundarios. A partir de todas las coordenadas registradas, calculamos en primer lugar las distancias vectoriales entre los puntos con mejor respuesta clínica y las dianas terapéuticas para el método clásico y para el indirecto anatómico, con el objetivo de clarificar cual de los dos es más preciso en nuestra serie. A continuación calculamos también las distancias vectoriales entre los puntos en los que la estimulación producía efectos secundarios y los fascículos responsables, así como la distancia entre puntos sin aparición de efectos secundarios y los mismos fascículos, como controles. Una vez analizadas todas las distancias vectoriales, y para la creación del espacio tridimensional teórico, empleamos el programa Descartes Web2.0 asignando el 0 en el sistema de coordenadas cartesiano al punto medio intercomisural. Las primeras coordenadas asignadas fueron las obtenidas mediante el estudio anatómico, representando de forma volumétrica los Núcleos Rojo y Subtalámico, así como los puntos más cercanos de cápsula interna, lemnisco medial, proyecciones frontopontinas y tercer par craneal. A continuación inyectamos las coordenadas de la diana según los métodos clásico y anatómico, para comparar su situación con las coordenadas de los puntos con mejor respuesta clínica, de una forma visual. Por último añadimos todos los puntos en los que la estimulación produjo aparición de efectos secundarios, y las coordenadas de los fascículos teóricamente responsables. Tras el análisis de todos los datos recogidos tanto mediante el estudio anatómico como del clínico y de imagen esperamos delimitar un área anatómica en el espesor de la unión diencéfalo – mesencefálica, donde la estimulación produzca mejoría de los síntomas motores de la enfermedad de Parkinson sin que aparezcan efectos secundarios, haciendo la cirugía más rápida, efectiva y precisa para nuestros pacientes

Protocolo para analizar Diffusion Tensor Imaging (DTI) del cerebro humano

El cerebro está compuesto por una gran variedad de células nerviosas que pueden clasificarse, de forma muy general, en neuronas de proyección, cuyos axones integran la sustancia blanca (SB) cerebral, e interneuronas, con axones confinados a la sustancia gris. Por lo tanto, la SB está formada por los haces de fibras nerviosas que facilitan la comunicación entre regiones cerebrales distantes y la integración de la información en un sistema de procesamiento distribuido. El estudio de la conectividad cerebral ha estado siempre muy presente en la investigación neurocientífica, ya que ha permitido delimitar aquellos circuitos cerebrales que subyacen a cada una de las funciones cognitivas y motoras que caracterizan a los humanos. Desde los primeros estudios de tinción neuronal realizados por Camillo Golgi y Santiago Ramón y Cajal, se han diseñado una gran variedad de técnicas dirigidas a estudiar la conectividad cerebral. El nivel máximo de detalle estructural se obtiene a partir de los análisis de microscopía electrónica que permiten identificar los contactos sinápticos de un circuito local y el número de espinas dendríticas de cada neurona. Sin embargo, esta aproximación no permite estudiar la conectividad cerebral mediante técnicas in vivo y, por lo tanto, tiene un recorrido muy limitado en el diagnóstico de enfermedades del sistema nervioso. Actualmente, la aproximación más utilizada para estudiar la conectividad cerebral se basa en el estudio de las propiedades derivadas de las imágenes de difusión (Diffusion weighted imaging, DWI, siglas en inglés) cerebral obtenidas a partir de resonancia magnética (RM). Las imágenes DWI permiten cuantificar la dirección de la difusión de las moléculas de agua del tejido cerebral al someterlas a un campo magnético constante y a pulsos de radiofrecuencia. Debido a que las moléculas de agua se difunden con mayor facilidad en axones recubiertos de vainas de mielina, la secuencia DWI permite detectar la anisotropía producida por la movilidad de las moléculas de agua en los tractos de fibras nerviosas y, posteriormente, reconstruir las trayectorias más probables de estos haces de fibras a partir de sus mapas de tractografía. No obstante, para realizar una reconstrucción de todos los haces de fibra, tractografía, se necesita de un modelado previo de la imagen cuya finalidad es proveer la orientación de las fibras. En el caso del modelo DTI (diffusion tensor imaging) se obtiene mediante la estimación de tensores. Sin embargo, el cálculo de los tensores se ve afectado por diversos artefactos durante la adquisición de la imagen de difusión que requieren de un procesamiento previo para corregirlos. Nuestro estudio se ha centrado en combinar diferentes técnicas de procesamiento y modelado, y, mediante métodos de evaluación cuantitativos y una estadística posterior, seleccionar los procedimientos que resulten de mejores resultado con el objetivo de obtener una mejor estimación de la reconstrucción de los diferentes tractos, lo cual redundaría en mejores diagnósticos de patologías que cursaran con un daño de estas fibras. Los procedimientos se han aplicado sobre dos adquisiciones diferentes de 15 sujetos cada una. En resumen, nuestro trabajo ha mostrado que un procesamiento óptimo de imágenes de difusión cerebral debería utilizar un método de corrección de artefactos basado en el proceso de Gauss usando la interpolación spline, junto con procedimientos de modelado no lineales (NLLS) o modelar mediante rechazo de valores atípicos (RESTORE).The study of brain connectivity has always been prominent in neuroscientific research because it has allowed investigators to delimit the cerebral circuits that underlie each of the cognitive and motor functions that characterize humans. Since the first studies of neuronal staining performed by Camillo Golgi and Santiago Ramón y Cajal, a great variety of techniques have been designed to study brain connectivity. Maximal structural detail is obtained from electron microscopy analyses, which allow the identification of the synaptic contacts of a local circuit and the number of dendritic spines for each involved neuron. However, this approach does not permit the study of connectivity through in vivo techniques and thus has a very limited capacity for diagnosing diseases of the nervous system. Currently, the most widely used approach to studying brain connectivity is based on properties derived from magnetic resonance imaging (Diffusion weighted imaging, DWI). DWI images allow the direction of the diffusion of water molecules in brain tissue to be quanitified by subjecting them to a constant magnetic field and radiofrequency pulses. Because water molecules diffuse more easily into axons coated with myelin sheaths, the DWI sequence detects the anisotropy produced by the mobility of water molecules in the tracts of nerve fibers and then reconstructs the most likely trajectories of these fiber bundles from their tractography maps. However, tractography (a reconstruction of all fiber bundles) requires prior modeling of the image, the purpose of which is to provide the orientation of the fibers. In the case of DTI (diffusion tensor imaging), the model is obtained by estimating tensors. However, the calculation of the tensors is affected by various artifacts during the acquisition of the diffusion image that require a prior process to correct them. Our study has focused on combining different techniques of processing and modeling. By means of quantitative evaluation methods and a subsequent statistical model, we have strived to identify procedures that lead to improved results. The aim of our work has been to obtain a better estimate of the reconstruction of the different tracts of brain, which would result in better diagnoses of pathologies that could lead to fiber damage. The procedures have been applied on two different acquisitions of 15 subjects each. In summary, our work has shown that optimal processing of brain diffusion images should use an artifact correction method based on the Gauss process using spline interpolation, along with nonlinear modeling (NLLS) or modeling by outliers rejection (RESTORE).Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería de Telecomunicació