Imágenes ponderadas por difusión

Las imágenes ponderadas por difusión (DWI) son una forma de imagen de RM basada en la medición del movimiento browniano aleatorio de las moléculas de agua dentro de un voxel de tejido. En términos generales y simplificados, los tejidos altamente celulares o con hinchazón celular presentan coeficientes de difusión más bajos. La difusión es particularmente útil en la caracterización de tumores y en la isquemia cerebral.

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Terminología

Existe una gran confusión en la forma en que los clínicos y los radiólogos se refieren a la restricción de la difusión, y a menudo ambos grupos parecen no entender realmente a qué se están refiriendo.

El primer problema es que el término «imágenes ponderadas por difusión» se utiliza para denotar una serie de cosas diferentes:

  • Mapa de difusión isotrópica (a lo que la mayoría de los radiólogos y clínicos se referirán como DWI)
  • La secuencia de pulsos que da lugar a la generación de las distintas imágenes (por ejemplo. mapa isotrópico, b=0, ADC)
  • un término más general para englobar todas las técnicas de difusión, incluyendo las imágenes de tensor de difusión
  • Además, también existe confusión en cómo referirse a la difusión restringida anormal. Esto se debe en gran medida a la popularización inicial de la DWI en el ictus, que presentaba el tejido infartado como una señal alta en los mapas isotrópicos y lo describía simplemente como «difusión restringida», lo que implicaba que el resto del cerebro no mostraba difusión restringida, lo que claramente no es cierto. Desafortunadamente, esta abreviatura es atractiva y está más extendida que el uso de la más precisa pero más torpe «la difusión demuestra una mayor restricción de lo que uno esperaría para este tejido».

    Para empeorar las cosas, muchos no son conscientes del concepto de T2 shine-through, una causa de la alta señal artefactual en los mapas isotrópicos, o lo interpretan como una característica binaria con la contribución de T2 a la señal ya sea presente o ausente cuando en realidad siempre hay un componente T2 incluso a las regiones con verdadera restricción de difusión T2.

    Una forma mucho más segura y precisa de referirse a la restricción de la difusión es recordar que nos estamos refiriendo a los valores reales del coeficiente de difusión aparente (ADC), y utilizar una redacción como «la región demuestra valores de ADC anormalmente bajos (restricción de la difusión anormal)» o incluso «la señal alta en las imágenes isotrópicas (DWI) se confirma mediante mapas de ADC para representar una difusión restringida anormal».

    Física

    A diferencia de la difusión esencialmente libre del agua mantenida dentro de un recipiente, la difusión del agua dentro del tejido cerebral, por ejemplo, se ve obstaculizada principalmente por los límites de la membrana celular. Las características globales de difusión de un solo volumen representan la difusión combinada del agua en una serie de compartimentos:

    • difusión dentro del líquido intracelular
      • dentro del citoplasma generalmente
      • dentro de los orgánulos
    • difusión dentro del líquido extracelular
      • líquido intersticial
      • intravascular
      • linfa
      • varias cavidades biológicas, e.ej. ventrículos del cerebro
    • difusión entre los compartimentos intra y extracelulares
      • La contribución de cada uno de ellos dependerá del tejido y de la patología. Por ejemplo, en el infarto cerebral agudo se cree que la disminución de los valores de ADC es el resultado de una combinación de agua que se desplaza hacia el compartimento intracelular (donde su difusión está más impedida por los orgánulos que en el espacio extracelular) y la consiguiente hinchazón celular que estrecha el espacio extracelular 6. Mecanismos similares dan lugar a valores de ADC bajos en tumores altamente celulares (por ejemplo, tumores de células azules redondas pequeñas (por ejemplo, linfoma/PNET) y gliomas de alto grado (GBM)).

        Cuanto más lejos se difunda una molécula de agua individual durante la secuencia, más se expondrá a la fuerza variable del gradiente y más se desfasará reduciendo la cantidad de señal devuelta. Esto ocurre a una escala mucho menor que la de un solo vóxel. La fuerza de este efecto (en otras palabras, cuánto se atenuará la señal por la difusión) está determinada por el valor b.

        Aplicación clínica

        La imagen ponderada por difusión tiene un papel importante en las siguientes situaciones clínicas 3-5:

        • Identificación precoz del ictus isquémico
        • Diferenciación del ictus agudo del crónico
        • Diferenciación del ictus agudo de otros imitadores del ictus
        • Diferenciación del ictus agudo.
        • diferenciación de un quiste epidermoide de un quiste aracnoideo
        • diferenciación de un absceso de un tumor necrótico
        • evaluación de lesiones corticales en la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ)
        • diferenciación de la encefalitis herpética de los gliomas temporales difusos
        • evaluación de la extensión de la lesión axonal difusa
        • clasificación de los gliomas y meningiomas difusos
        • evaluación de la desmielinización activa
        • clasificación de las lesiones prostáticas (ver PIRADS)
        • diferenciación entre colesteatoma y otitis media 9
          • Secuencia de RM

            Se han desarrollado diversas técnicas para generar mapas de difusión. La técnica más utilizada, con diferencia, se basa en una secuencia ecoplanar de espín (SE-EPI), aunque también existen técnicas que no son de EPI (por ejemplo, turbo espín-eco) y son de utilidad sobre todo cuando el tejido es adyacente o está dentro del hueso, donde los efectos de T2* causan artefactos, distorsión y pérdida de señal en las secuencias de EPI 7,8.

            Principio general de las imágenes ponderadas por difusión

            La idea fundamental detrás de las imágenes ponderadas por difusión es la atenuación de la señal T2* basada en la facilidad con la que las moléculas de agua pueden difundirse en esa región. Cuanto más fácilmente pueda difundirse el agua (es decir, cuanto más lejos pueda moverse una molécula de agua durante la secuencia), menos señal T2* inicial quedará. Por ejemplo, el agua dentro del líquido cefalorraquídeo (LCR) puede difundirse muy fácilmente, por lo que queda muy poca señal y los ventrículos aparecen negros. Por el contrario, el agua del parénquima cerebral no puede moverse con tanta facilidad debido a que las membranas celulares se interponen en su camino y, por tanto, la señal T2* inicial del cerebro sólo se atenúa un poco. Una consecuencia importante de esto es que si una región del cerebro tiene señal T2* nula no puede, independientemente de las características de difusión de ese tejido, mostrar señal en las imágenes isotrópicas ponderadas por difusión.

            La forma en que se extrae la información de difusión del tejido es obtener primero una imagen ponderada en T2* sin atenuación de la difusión. Esto se conoce como la imagen b=0.

            A continuación, se evalúa la facilidad de difusión del agua en varias direcciones; el mínimo es de 3 direcciones ortogonales (X, Y y Z) y lo utilizaremos para el resto de esta explicación.

            Esto se hace aplicando un fuerte gradiente simétrico a cada lado del pulso de 180 grados. El grado de ponderación de la difusión depende principalmente del área bajo los gradientes de difusión (que a su vez está relacionada con la amplitud y la duración del gradiente) y del intervalo entre los gradientes. La combinación de estos factores genera el valor b. Cuanto más alto sea el número, más pronunciada será la atenuación de la señal relacionada con la difusión.

            Las moléculas de agua estacionarias adquieren información de fase con la aplicación del primer gradiente. Sin embargo, después del pulso de 180 grados, están expuestas exactamente al mismo gradiente (porque no han cambiado de ubicación) que deshace todos los efectos del primero (ya que han invertido 180 grados). Por lo tanto, en el momento en que se genera el eco, han conservado su señal.

            Las moléculas de agua en movimiento, por otro lado, adquieren información de fase por el primer gradiente, pero como se están moviendo cuando se exponen al segundo gradiente, no están en la misma ubicación y, por lo tanto, no están expuestas exactamente al mismo gradiente después del pulso de 180 grados. Por lo tanto, no se reajustan y pierden parte de su señal. Cuanto más lejos puedan desplazarse, menos éxito tendrán en el reenfoque y menos señal quedará.

            Generación de mapas DWI y ADC isotrópicos

            El proceso mencionado anteriormente genera cuatro conjuntos de imágenes: una imagen T2* b=0 y tres imágenes ponderadas por difusión (una para cada dirección X, Y y Z) con la señal T2* atenuada según la facilidad con la que el agua puede difundirse en esa dirección.

            Estas imágenes pueden combinarse aritméticamente para generar mapas desprovistos de información direccional (isotrópicos): imágenes isotrópicas ponderadas por difusión (lo que solemos llamar DWI) y mapas ADC.

            Para generar los mapas DWI isotrópicos, se calcula la media geométrica de las imágenes específicas de cada dirección.

            El mapa ADC, en cambio, está relacionado con el logaritmo natural (ln) de la DWI isotrópica dividido por la señal T2* inicial (b=0). Se pueden calcular directamente a partir de las imágenes DWI isotrópicas o hallando la media aritmética de los valores de ADC generados a partir de cada mapa de difusión direccional.

            Ver también

            • valores b
            • coeficiente de difusión aparente
            • imagen de tensor de difusión
            • RM ponderada por difusión en el ictus agudo
            • difusión restringida en los ganglios basales
            • lesiones intracraneales que muestran difusión restringida

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