H.C.U. Virgen de la Victoria - Málaga...

Ana Gloria Carvajal Reyes, Francisco Sendra Portero, Diego Alcaide

Martín, Irina Voicu, Enrique Nava Baro

H.C.U. Virgen de la Victoria - Málaga (España)

El estudio de la atrofia cerebral por imagen ha sido de

interés desde 1974 con la introducción del TC.

En los 90 se centró la atención en la RM.

Actualmente el TC ha experimentado un gran avance

planteándolo de nuevo como método de imagen válido para

evaluar la atrofia cerebral.

Hay muchos estudios sobre el tema, tanto de TC como de

RM, pero la realidad de la práctica radiológica diaria es que

se sigue estimando el grado de atrofia cerebral

subjetivamente.

BASES ANATÓMICAS Y CLÍNICAS PARA LA ESTIMACIÓN AUTOMÁTICA DEL GRADO DE ATROFIA CEREBRAL A PARTIR DE TC CRANEAL

1. Recopilar los distintos documentos existentes en relación conla atrofia cerebral y su estudio, para lo cual se revisarán lasdistintas bases de datos de publicaciones, ya sean libros,artículos o tesis doctorales.

2. Organizar las reflexiones que surjan del punto anterior yestablecer una base anatomoclínica sobre el desarrollo yenvejecimiento normal del cerebro para la aplicación de unsistema para la cuantificación automática de la atrofia cerebralen el TC.

3. Examinar la situación actual del tema escogido en función delos documentos recogidos.

4. Realizar una propuesta de tesis doctoral.


III.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Tesis doctorales: 1 tesis española

http://teseo.mec.es/teseo/jsp/teseo.jsp

http://www.cybertesis.net/

Artículos

“(measurement OR quantification) AND (brain OR cortical OR

LCR OR cerebrospinal fluid) AND (atrophy OR volume) AND

(CT OR tomography) NOT (MR OR MRI)”. 519 artículos.

“(brain OR LCR OR cerebrospinal fluid) AND (atrophy OR

volume) AND (CT OR tomography) NOT (MR OR MRI OR PET

OR perfusion) AND (morphometry OR planimetry OR volumetry

OR ratios)”. 122 artículos.


IV.1. CONCEPTO DE ATROFIA CEREBRAL

La neuropatología clásica sostiene que la pérdida de volumencerebral se debe a la disminución en número y atrofia de laneuronas.

Las teorías actuales sostienen que el número de neuronascorticales no disminuye sino que hay una disminución delvolumen del pericarion causando una “atrofia neuronal”.

El cerebro se reduce los espacios de LCR aumentandilatándose los ventrículos, cisternas y surcos.

Atrofia cerebral: Disminución del volumen cerebral

Aumento de la diferencia entre el volumen cerebral y el volumen de LCR.


IV.2. DESARROLLO Y ENVEJECIMIENTO NORMAL

La atrofia cerebral es un hecho fisiológico del envejecimiento

normal.

En las enfermedades neurodegenerativas la pérdida del

parénquima cerebral ocurre de una forma precoz y más

acelerada.

La tasa de atrofia de atrofia cerebral en el envejecimiento

normal es objeto de controversia.


IV.2. DESARROLLO Y ENVEJECIMIENTO NORMAL

Peso cerebral: Pico máx 19 años. Comienza a disminuir a los 45-50años, 2%/década.

Espacio intracraneal: Aumenta con el V cerebral, pico máximo a los14-16 años. No disminuye con la edad.

Volumen cerebral total: Pico máx 12-15 años. Entre los 20-80 añosdisminuye linealmente 0’2-0’5%/año.

Volumen total de LCR intracraneal: crece linealmente con la edad,4%/año. Aceleración a partir de 50/70 años.

La relación V LCR/V intracraneal es estable en 7-9% hasta laadolescencia y a partir de la 2ªdécada va aumentando hasta alcanzarel 20-33% a los 71-80 años.

Sustancia blanca/gris: V sust gris aumenta un 13% hasta los 9 añosy luego disminuye 5%/década. V sust blanca aumenta un 74% hastalos 9 años, luego va a un ritmo menor alcanzando una meseta a los 40donde comienza a disminuir.

La relación sust gris/blanca disminuye rápidamente hasta laadolescencia y luego a un ritmo menor.


IV.3. ATROFIA EN LA ENFERMEDAD

Enfermedad de Alzheimer. El TC es importante para excluir otrasalteraciones. La pérdida de volumen cerebral se ha asociadoclínica y patológicamente con la demencia. Se está intentandodetectar las alteraciones en las etapas tempranas de la EA ydiferenciarlas de los cambios del envejecimiento normal. Dxprecoz, < riesgo de desarrollar EA y seguimiento de la progresión.

Esclerosis múltiple. Atrofia cerebral en los estadios tempranos(antes de la clínica) y guarda estrecha relación con el curso clínico.Su medición puede ser de utilidad para implementar un tto precoz,ver la evolución y evaluar la eficacia de terapias y agentesneuroprotectores.

Enfermedad de Huntington. Atrofia del caudado. Atrofiageneralizada que comienza antes de la clínica. Su medición puedeser útil para monitorizar los cambios en estadio preclínico y laeficacia de los agentes neuroprotectores.


IV.3. ATROFIA EN LA ENFERMEDAD

Esquizofrenia. Mayor frecuencia de atrofia cerebral

generalizada con mayor volumen ventricular que los sujetos

normales.

Anorexia nerviosa. La atrofia cerebral se relaciona con la edad

y el porcentaje de pérdida de peso.

SIDA. Mayor atrofia cerebral generalizada que presenta >

probabilidad de cambios histopatológicos cerebrales

secundarios al virus. Indicador sensible, común y sutil de

infección del cerebro por VIH.

Drogas de abuso. Atrofia cerebral y agrandamiento ventricular

relacionado con un deterior intelectual global.


IV.4. TIPOS DE ESTUDIO PARA EVALUAR LA ATROFIA

CEREBRAL

Estudios cualitativos.

Se calcula la extensión de la atrofia cerebral y el crecimiento de

los ventrículos con una escala de puntos donde 0 es normal y la

puntuación más alta a severo.

Subjetivo. Variabilidad intra e interobservador.


IV.4. TIPOS DE ESTUDIO PARA

EVALUAR LA ATROFIA

CEREBRAL

Mediciones lineales.

Distancia entre dos puntos de

interés.

El puntaje ventricular se calcula con

la siguiente fórmula:

A+B+C+D

Distancia interparietal

Diagrama que muestra imágenes seccionales a nivel del

agujero de Monro y de los cuerpos de los ventrículos laterales.

A: ancho del tercer ventrículo

B: suma de la distancia más corta entre los núcleos caudados

y la parte anterior del septum pellucidum

C: ancho de los ventrículos laterales justo anterior al agujero de

Monro

D: menor ancho de los cuerpos de los ventrículos laterales


IV.4. TIPOS DE ESTUDIO PARA EVALUAR LA ATROFIA CEREBRAL

Planimetría. Área en mm² de un ROI.

Cociente de medidas lineares.

Buena correlación interobservador.

Se muestran las mediciones siguientes:

A-diámetro máximo de las astas frontales

B-anchura mínima de los ventrículo laterales a nivel de la

cabeza del núcleo caudado

C-anchura máxima del tercer ventrículo

D-diámetro craneal interno a nivel de las astas frontales

E-diámetro craneal interno a nivel de la cabeza del núcleo

caudado

F-diámetro máximo intracraneal

G-diámetro craneal externo a nivel de las astas frontales

H-diámetro craneal externo máximo

I-anchura mínima de los ventrículos laterales separados por

septo (celda media)



Volumetría. Delinear con un ROI la zona a estudiar y sumar las áreas de

cada ROI en todos los cortes donde aparezca la estructura amedir, teniendo en cuenta el grosor y la distancia entre cortes.

Obtener los valores en U.H. representativos del LCR y del tejidocerebral, determinando un valor umbral que separe al máximolos píxeles del LCR de los del cerebro, y entonces contar elnúmero de píxeles por encima y por debajo de ese valor umbral.Luego se multiplica por el tamaño del pixel obteniendo elvolumen.

Para ello se seleccionan una serie de cortes, 6 o 7normalmente.

Problema: efecto volumen parcial en interfases cerebro-ventrículo.


IV.4. TIPOS DE ESTUDIO PARA EVALUAR LA ATROFIA

CEREBRAL

Volumetría.

El operador elige en cada corte el valor umbral de densidad del pixel

por debajo del cual corresponderá a LCR. El número de pixeles con

densidad por debajo del valor umbral (menor de 19-20 U.H., por

ejemplo) se cuantifican con un software específico y se multiplica por

el tamaño del pixel, obteniendo el volumen total de LCR

Se dibuja un ROI que incluya los

ventrículos y se cuantifica el número de

píxeles que contiene con un determinado

valor de U.H. elegido por el operador


El volumen craneal se obtiene contando el nº de píxeles de cada sección <100 U.H. lo cual excluiría el hueso.


Volumetría.

De este modo se obtiene el volumen de los ventrículos (V),del espacio subaracnoideo (S) y el volumen total de LCR(V+S), que se expresarán como porcentaje del volumencraneal (C).

Índices estimadores de atrofia cerebral:

Índice del tamaño ventricular: V / C x 100

Índice del tamaño de los surcos: S / C x 100

Índice de volumen total de LCR: (V + S) %

Índice de atrofia cerebral: (V+S) / C x100



Densitometría. Se ha postulado que en los

pacientes con demenciahay una disminución de losvalores de las U.H. deciertas regiones cerebrales.

Corte a nivel de los ganglios basales (B):

1) LCR en las astas frontales.

2) Sustancia blanca en la cápsula interna.

3) Sustancia gris en el tálamo.

4) Sustancia gris en la corteza de la parte anterior de a convexidad.

5) Sustancia gris en la corteza de la parte media de la convexidad.

Primer corte a nivel supraventricular (E):

6) Sustancia gris en la parte anterior de la convexidad.


8) Sustancia gris en la corteza de la parte anterior de la línea media.

9) Sustancia gris en la corteza de línea media.

10) Sustancia blanca de los centros semiovales.

Último corte supraventricular (G):

11) Sustancia gris de la parte anterior de la convexidad.


13) Sustancia gris en la corteza de la parte anterior de la línea media.

14) Sustancia gris en la corteza de la línea media.

15) Sustancia blanca de los centros semiovales.



Estereología. Método que permite deducir estructuras de

tres dimensiones a partir de cortes de dosdimensiones, seriados, paralelos yequidistantes. Aplicando fórmulasmatemáticas basadas en la probabilidadgeométrica y siendo estadísticamentesignificativa.

El volumen intracraneal total de determinamediante una ecuación:

T: grosor de corte,

d: separación entre los puntos de la rejilla,

m: número de cortes que incluyen la cavidad intracraneal,

Pi: número de puntos contados en el corte i.

• Se escanea el cráneo con igual espacio entre

secciones. La posición inicial del escaneo debe ser

arbitraria. Para asegurar la imparcialidad de la

estimaciones de volumen, la primera y última sección

deben adquirirse fuera del espacio intracraneal.

• Una rejilla sistemática de puntos de prueba se

superpone arbitrariamente en la primera imagen de

TC. La orientación de la rejilla debe ser la misma en

las siguientes secciones.

• Se cuentan los puntos de la rejilla que caen dentro de

la cavidad craneal.


IV.5. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL Y

JUSTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD DE UNA APLICACIÓN

PARA LA ESTIMACIÓN AUTOMÁTICA DE LA ATROFIA

CEREBRAL

Aumento de la población de edad avanzada conocer el

cerebro normal en ancianos

Cuantificación de la atrofia cerebral imp para el dx y

monitorización de la respuesta a tto de enf : EA y EM.

Muchos estudios, difíciles de comparar ente sí. No hay

consenso en los cambios que sufre el cerebro con la edad.





CEREBRAL

RM: inconvenientes


- Protocolos de imagen

- Mucho tiempo

- Alto conocimiento

anatómico para el trazado

manual

- Hardware específico

- Cara

- Tiempo exploración

artefactos por movimiento

- NO: Pacientes agitados,

claustrofóbicos, marcapasos.




CEREBRAL

TC:


- Mayor nº detectores

- Mayor campo de visión

- Grosor de corte + fino

- Matrices + detalladas

- Menor tº adquisición

menos artefactos

- Mejor calidad de imagen

- Mejor contraste entre tej.

cerebral y LCR




CEREBRAL

Gran nº de recursos muy distintos:

Estructuras a medir

Automaticidad

Exactitud y fiabilidad de los valores obtenidos

No válidos en la práctica:

○ No disponibles

○ Muy laboriosos, requerir mucho tiempo





CEREBRAL

Es necesaria una aplicación:

Que se pueda usar en la práctica diaria y proporcione

información útil

Características:

○ Automática

○ Sencilla de aplicar

○ Reproductible

○ Fiable


IV.6. NUESTRA APLICACIÓN

Consiste en un nuevo software para la estimaciónautomática del grado de atrofia cerebral a partir del TCcraneal que queremos aplicar sobre un número suficiente depersonas para poder determinar el rango normal de losvalores obtenidos (volumen cerebral, volumen de LCR,volumen intraventricular del LCR y porcentaje de LCRintracraneal) y establecer una curva estándar para nuestrapoblación. Esta curva será útil en el estudio de distintaspatologías que se manifiesten como aumento de la atrofiacerebral.



Se está llevando a cabo una aplicación para la estimación automática de laatrofia cerebral a partir de TC craneal.

Para estimar la atrofia cerebral se han calculado 3 volúmenes importantes:

Volumen cerebral

Volumen de LCR

Volumen de LCR intraventricular

Para calcular los volúmenes se necesitan los siguientes parámetros de lasimágenes de TC:

El tamaño del pixel

El número de píxeles (el área de nuestra región de interés)

El grosor de corte

Por ejemplo, en un plano en concreto, si el área de la región de interés es de 100 x100 píxeles, el grosor de corte de 5 mm y el área del pixel de 0.047 x0.047, elvolumen sería de 11.04 cm³ (0.047 x 0.047 x 5 x 100 x100 mm³). El volumencalculado en planos contiguos se puede sumar para obtener el volumen total delobjeto de interés.



PASO 1: ELIMINAR EL HUESO.

El objetivo es obtener una imagen en la que tengamos únicamente

cerebro, con lo que podremos analizar todas las regiones de interés y

analizar fácilmente el volumen cerebral.

Se han usado dos técnicas básicas: el valor umbral y la morfología. El

valor umbral aplicado para obtener sólo cerebro es el rango

comprendido entre -20 y 70 UH.



PASO 1: ELIMINAR EL HUESO.

Imágenes originales de TC representadas en Unidades Hounsfield.

Imágenes resultantes después de eliminar el hueso.



PASO 2: DETECTAR EL LÍQUIDO CEFALORRAQUÍDEO.

En esta fase se ha detectado el LCR usando dos importantes

técnicas: el valor umbral y el algoritmo de crecimiento de

región. Este valor umbral es muy importante porque si el valor

es demasiado pequeño pueden perderse regiones importantes.

Se han usado valores del rango comprendido entre -10 y 25

UH. Con los valores umbral elegidos se detectan todas las

áreas de LCR sin detectar regiones falsas o excluir otras

importantes.



PASO 2: DETECTAR EL LÍQUIDO CEFALORRAQUÍDEO.

Imágenes tras eliminar el hueso. Las áreas marcadas con azul representan las regiones de interés.



PASO 3: CALCULAR LOS VOLÚMENES.

Para calcular el volumen cerebral se han utilizado las imágenes obtenidasen el paso 1, el grosor de corte y el tamaño del pixel en cada plano.

Para calcular el LCR se han usado las imágenes obtenidas en el paso 2,que consisten sólo en LCR.

El problema radica en la estimación del LCR intraventricular. Para ello hayque detectar los ventrículos y calcular el volumen. La detección de losventrículos se realiza manualmente seleccionando una región de interés.Tras la selección se calcula el volumen. En la última parte del proyecto seintenta desarrollar una técnica automática para detectar automáticamentelos ventrículos, sin necesidad de selección manual. Esta técnica aún noestá totalmente finalizada aunque se presentan resultados parciales quetodavía deben ser mejorados.



PASO 3: CALCULAR LOS VOLÚMENES.

Resultados obtenidos tras la detección de los ventrículos. Las regiones azules representan

los ventrículos, permitiendo el cálculo del volumen de LCR intraventricular.


IV.6. NUESTRO ESTUDIO

MATERIAL Y MÉTODO

POBLACIÓN

TC craneales obtenidos en el servicio de urgencias de

aquellos pacientes que no presenten hallazgos patológicos en

el TC ni clínica neurológica como enfermedad cerebrovascular

importante, enfermedades neurológicas o psiquiátricas,

incluyendo historia de abuso de drogas. Podemos asumir que

estos pacientes presentan hallazgos similares a los voluntarios

sanos.


IV.6. NUESTRO ESTUDIO

MATERIAL Y MÉTODO

MÉTODOPara el cálculo se utilizarán los siguientes tres parámetros de las imágenes adquiridas:

El tamaño del pixel ( 0.0047 x 0.0047 cm², en una matriz de 512 x 512).

El número de píxeles (el área de nuestra región de interés seleccionada según las UH).

El grosor de corte (4-6 mm).

Se realizaran los siguientes cálculos automáticos con nuestro software:

Cálculo del volumen cerebral. El volumen de las regiones que presenten unos valores de entre-20 y 70 UH.

Cálculo del volumen total de LCR. El volumen de las regiones que presenten unos valoresentre -10 y 25 UH.

Cálculo del volumen de LCR intraventricular. El volumen de las regiones que presenten unosvalores entre -10 y 25 UH de localización intraventricular.

Cálculo del porcentaje de LCR. Para calcular el porcentaje se usará la siguiente fórmula:porcentaje de LCR = volumen de LCR / volumen cerebral x 100%.

Se utilizarán únicamente las secuencias de cerebrum que incluyen desde la líneaorbitomeatal hasta el vértex.

Por último se realizará un análisis estadístico de los datos obtenidos.


1. El TC ha experimentado un gran avance mejorando la calidadde imagen y el contraste entre el tejido cerebral y el líquidocefalorraquídeo planteándose como método de imagen válido para laevaluación de la atrofia cerebral.

2. Se han desarrollado un gran número de recursos para evaluarcuantitativamente la atrofia cerebral, tanto en TC como en RM. Estos

recursos difieren mucho entre sí en varias cuestiones y la muchos noson válidos para la práctica radiológica diaria, por sudisponibilidad o por ser demasiado laboriosos y requerir demasiadotiempo.

3. Es necesario desarrollar una aplicación, en este caso parael TC, que pueda ser aplicada en la práctica diaria y quenos proporcione información útil.


4. Los parámetros utilizados para estimar el grado de atrofia cerebral

varía con la edad en los sujetos sanos y varía también en distintas

patologías. Es fundamental disponer de datos de nuestra

población para evaluar los parámetros de atrofia en personas sanas

para después poder hacer el diagnóstico de los casos anormales o

patológicos.

5. Nuestro estudio consiste en aplicar un nuevo software para la

estimación automática del grado de atrofia cerebral a partir del TC

craneal sobre un número suficiente de personas para poder

determinar el rango normal de los valores obtenidos y establecer una

curva estándar para nuestra población. Esta curva será útil en el

estudio de distintas patologías que se manifiesten como aumento de

la atrofia cerebral considerada normal.


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