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Proccedings of the ISSSD 2019 Volume 3
Evaluación de callosotomía por tensor de difusión en pacientes pediátricos.
Angélica Viridiana Román-Martínez1*, Eduardo Barragan2, Pilar Dies-Suárez2, Silvia Hidalgo-Tobón1,2**
1Departamento de Física, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa, 09340, CDMX,
México, *e-mail: [email protected]
2Hospital Infantil de México Federico Gómez, 06720, CDMX, México
**e-mail: [email protected]
Abstract
La epilepsia es una enfermedad neurológica que se produce por una actividad anormal
en el cerebro provocando convulsiones repetidas en cierto tiempo, en niños es una
enfermedad muy delicada debido a que puede producir daños irrecuperables en un
cerebro en desarrollo [Campos, et al., 2013]; una vez que se ha detectado la resistencia
a fármacos y cuyas crisis son tan frecuentes que limitan la calidad de vida del infante
se recomienda plantear un procedimiento quirúrgico paliativo, la callosotomía
[Mantilla, et al., 2011]. Esta técnica se basa en cortar el cuerpo calloso para
interrumpir la propagación de las convulsiones de hemisferio a hemisferio. El objetivo
del presente trabajo es cuantificar el valor de la Anisotropía Fraccional (FA) por
medio de la Resonancia Magnética Funcional usando la técnica de Tensor de Difusión
(DTI). La FA se evalúo en 16 pacientes pediátricos usando un equipo de Resonancia
Magnética Phillips de 1.5 T con una secuencia de difusión, 8 de ellos sometidos a una
callosotomía y 8 sin procedimiento quirúrgico; se realiza un estudio retrospectivo
considerando las regiones anatómicas del cuerpo calloso. Los resultados muestran que
el 50% de los pacientes sometidos a una callosotomía tienen ciertas regiones que se
comportan como si no hubieran sido sometidos a tal tratamiento, es decir, hay fibras
nerviosas con integridad funcional; esto puede ayudar a identificar regiones
comunicadas interhemisfericamente resultando útil para una subsecuente callosotomía.
Keywords: Cuerpo calloso, anisotropía fraccional, callosotomía.
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1.- INTRODUCCIÓN
La imagen de resonancia magnética (MRI) es una técnica sofisticada que utiliza un potente
campo magnético externo, ondas de radio y otros implementos para producir imágenes del
interior del cuerpo. Debido a que es un método no invasivo y a su sensibilidad a una amplia
gama de propiedades de los tejidos [Hakee, et al., 1999] se convierte en un método seguro
para entender más sobre el cuerpo humano.
En el presente trabajo se hace uso de la Resonancia Magnética usando la técnica del
Tensor de Difusión para calcular el valor de la anisotropía fraccional para pacientes
pediátricos que han sido sometidos a una callosotomía como tratamiento paliativo para la
epilepsia.
1.1.- Teoría
La epilepsia es un trastorno cerebral que se considera resistente cuando las crisis
epilépticas son muy frecuentes y limitan las habilidades del paciente en su vida cotidiana
[Mantilla, et al., 2011]. En promedio del 20 al 30% de los pacientes que sufren epilepsia
son refractarios a los medicamentos antiepilépticos, catalogándose a ésta como una
epilepsia intratable. El factor predictivo en la epilepsia refractaria del paciente pediátrico es
la evolución del deterioro neuropsicológico [Castellanos, et al., 2009], cualquier daño que
afecte al cerebro en desarrollo, entre más precoz sea, mayor será su secuela posterior
[Campos, et al., 2013]; es por ello que se busca detener las crisis lo más pronto posible.
El cuerpo calloso viene del latín que significa “cuerpo duro”, es un tracto de materia
blanca que sirve como una vía de comunicación entre los dos hemisferios cerebrales, tiene
como objetivo el trabajo conjunto entre funciones de cada uno de los hemisferios
permitiendo una vinculación para diversos procesos que realiza el ser humano. Transmite
pulsos eléctricos entre los dos hemisferios y puede provocar la propagación de descargas
epilépticas [Choudhri, et al., 2013]. La callosotomía se describe como un procedimiento
quirúrgico paliativo para algunos pacientes que presentan epilepsia resistente, dicho de otro
modo, es un tratamiento que busca evitar la rápida propagación de un foco eléctrico
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epileptogénico de un hemisferio a otro, mediante la desconexión del cuerpo calloso
[Mantilla, et al., 2011]. La callosotomía parcial consiste en la sección del cuerpo calloso en
dos tercios anteriores o hasta las tres cuartas partes anteriores, es eficaz para el control de
las crisis atónicas; sin embargo, la callosotomía completa se recomienda cuando se tienen
crisis tónicas, en ocasiones se realiza como un segundo tiempo quirúrgico [Mantilla, et al.,
2011, Castellanos, et al., 2009] si las convulsiones persisten después de la primera
intervención.
La DTI postoperatoria puede ayudar en la caracterización de la desconexión
comisural en pacientes sometidos a una callosotomía [Choudhri, et al., 2013] y si es
necesaria una segunda intervención. Las imágenes por Tensor de Difusión son un
procedimiento no invasivo que construye indirectamente imágenes de alta resolución de
conexiones en el cerebro al detectar la difusión de las moléculas de agua a lo largo de los
axones. En la materia blanca, la difusión de las moléculas de agua no sigue una trayectoria
específica (comportamiento anisotrópico) y, por lo tanto, se debe principalmente a la
orientación de los tractos [Platas, et al., 2014]. La tractografía es la representación 3D de
DTI y se puede graficar por medio de un mapa de color obtenido a partir de la
direccionalidad del desplazamiento de las moléculas del agua a lo largo de los tractos de
sustancia blanca [Romero, et al., 2007]. La orientación de la difusión cumple con un código
de colores, en donde el color rojo se le asigna al flujo que va de izquierda a derecha, el
color verde al flujo que va de adelante hacia atrás, y el color azul de arriba hacia abajo,
específicamente no discrimina entre si va a una dirección o la opuesta. El grado de difusión
de las moléculas de agua en la sustancia blanca se describe mediante el parámetro de
anisotropía fraccional (FA) [Platas, et al., 2014]. Es notoria la disminución de FA después
de una lesión, esta información se puede utilizar para guiar la planificación del tratamiento
para pacientes con propagación de convulsiones persistentes después de una callosotomía
[Choudhri, et al., 2013].
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2.- MATERIALES Y MÉTODOS
2.1.- Materiales
Se evaluó el valor de la anisotropía fraccional de 16 pacientes pediátricos, 8 de ellos
sin procedimiento quirúrgico que se usaron como punto de referencia para los valores de la
anisotropía fraccional debido a que no han presentado una lesión en el cuerpo calloso. Las
imágenes de cráneo se obtuvieron usando un equipo Phillips de 1.5T con una secuencia
funcional de DTI en 2D, cuyo proceso de adquisición consiste en una codificación espacial
tridimensional de la difusión de las moléculas de agua libre en la sustancia blanca. Dicha
difusión no es la misma en todas las direcciones, es por ello que se mide la anisotropía de la
difusión causada por la orientación de las fibras e influenciadas por características
microestructurales y macroestructurales [Contreras, 2009]. Las imágenes se obtuvieron a
TE: 75ms, TR: 11373.90ms, Ancho de Banda de Pixel: 1762.17, Flip Angle: 90°.
Se uso el programa computacional DSI Studio (http://dsi-studio.labsolver.org), sirve
como una herramienta de tractografía que mapea las conexiones cerebrales y correlaciona
los hallazgos con los trastornos neuropsicológicos, al emplear el método de reconstrucción
de DTI donde se logra caracterizar la dirección principal de difusión de la fibra en los
cerebros humanos [Basser, et al., 1994] y al analizar el tensor calculado se logra obtener el
valor de la anisotropía fraccional.
2.1.- Metodología
Para realizar una adecuada medición se seccionó al cuerpo calloso usando el método
propuesto por Hofer, que consiste en dividir al cuerpo calloso en 5 regiones, que sirven
como plantilla para futuros estudios anatómicos y de resonancia magnética, especialmente
cuando se estudian las fibras callosas [Hofer, et al., 2006]. La región I compuesta por el
Rostrum o Pico y el Genu o Rodilla es el segmento más anterior compuesto por un sexto
del cuerpo calloso, contiene fibras que proyectan a la región prefrontal; la región II
compuesta por el Cuerpo Medial Anterior, es el segmento que conforma el resto del medio
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anterior, contiene fibras que se proyectan a áreas corticales motoras, premotoras y
complementarias; la región III compuesta por el Cuerpo Medio, es la mitad posterior menos
el tercio posterior y contiene fibras que se proyectan hacia la corteza motora primaria; la
región IV, que es el Cuerpo Medio Posterior consiste en el tercio posterior menos el cuarto
posterior conteniendo fibras sensoriales primarias; por último, la región V, compuesto por
el Esplenium o Rodete comprende la cuarta parte posterior del cuerpo calloso donde cruzan
las fibras callosas parietales, temporales y occipitales (Ver Figura 1).
Figura 1. Regiones de Hofer [Hofer, et al., 2006].
A continuación, se tomó la región mediosagital de cada paciente, se midió la zona
donde se encuentra el cuerpo calloso usando el programa computacional y se divide en sus
5 regiones (Ver Figura 2). Se tomaron las mediciones en cortes coronales para cada región,
para las regiones I, II y V, se tomaron 2 cortes, para la región IV se tomó una y para la
región II se tomaron 3, esto debido a la proporción de cada región.
.
Figura 2. Medición del cuerpo calloso.
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El segundo aspecto a considerar, fue que en cada corte se tomaron 5 puntos
correspondientes para diferenciar el comportamiento del valor de la anisotropía fraccional,
para lograr un control de elección de estos 5 puntos se consideró volver a seccionar en
zonas; se identifica a la sección C como el centro, a la sección D como la parte derecha más
próxima al centro, la sección B como la parte izquierda más próxima al centro, la sección E
como la parte más derecha de las fibras callosas y por último la sección A como la parte
más izquierda de las fibras callosas, la división se realizó considerando los colores
presentados en el corte (Ver Figura 3).
Figura 3. Secciones del corte coronal.
Otra manera de visualizarlo es imaginar que la estructura tridimensional del cuerpo
calloso se aplana sobre una superficie donde las regiones y secciones dividen al cuerpo
calloso como un tablero (Ver figura 4).
Figura 4. Regiones y secciones del cuerpo calloso.
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Las mediciones se registraron en una hoja de cálculo para proceder con la
estadística descriptiva. Con los 8 pacientes que no tienen una callosotomía y con los 8
pacientes con callosotomía, se realizó un promedio para obtener valores característicos en
cada región y sección.
Primero se consideró los valores promedio de los pacientes sin callosotomía como
un sujeto de referencia para considerar a sus valores como un límite estándar, con ello se
realizó una comparación gráfica usando el programa OriginPro 8 con cada paciente con
callosotomía para identificar las regiones que más se acercan.
Después, se consideran los valores promedio de ambos grupos para realizar una
comparación gráfica en 3D para establecer las diferencias.
Por último, se usó el programa estadístico SPSS para realizar el cálculo de ANOVA
de un factor, buscamos afirmar si hay diferencias significativas entre regiones y secciones
donde hay lesiones debido a la callosotomía, para un análisis más específico usamos el
comando TUKEY que hace comparaciones múltiples.
3.- RESULTADOS
Los datos promedio de 8 pacientes sin callosotomía presentan los valores más altos
de anisotropía fraccional en la parte central del corte coronal, de acuerdo con la división
hecha, corresponde a la columna de la sección C, por ello se eligen estos datos para realizar
la comparación gráfica con cada paciente (Ver figura 5).
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Figura 5. El color rojo representa el sujeto de referencia y el color azul el paciente con
callosotomía.
Con los datos promedio de ambos grupos se muestra una gráfica en 3D, donde en el
eje de las abscisas se muestran las secciones, en el de las ordenadas las regiones y en el eje
Z el dato de la anisotropía fraccional. A su vez se presenta la proyección en el plano X-Y
para una mejor visualización (Ver figura 6 y 7).
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Figura 6. Superficie y contorno de los datos del grupo sin callosotomía.
Figura 4. Superficie y contorno de los datos del grupo con callosotomía.
Los datos arrojados por el programa SPSS en su método ANOVA para los pacientes
sin callosotomía presentan valor de p = 0.006 entre secciones y p = 0.000 entre regiones. Al
tomar el apartado TUKEY, que nos especifica entre que regiones o secciones existen las
diferencias, nos indica que entre las regiones I y II y las regiones III, IV y V se presentan
diferencias significativas y entre las secciones A y E con D y B también hay diferencias;
por último, el grupo C presenta diferencias apreciables con los anteriores.
Para los datos de los pacientes con callosotomía se tiene un valor de p = 0.367 entre
regiones y p = 0.052 entre secciones, por lo que no hay diferencia entre regiones y
secciones.
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4.- DISCUSIÓN
De la figura 5 se puede mostrar que 4 de los 8 pacientes con callosotomía presentan
una región que cae en los datos del sujeto de referencia, es decir, el 50% de los pacientes
callosotomizados presentan tal cualidad (se muestran con un círculo verde tales regiones), y
de hecho tres de esos pacientes presentan esta característica específicamente en la región 3,
donde se encuentran fibras que surgen de los lóbulos frontales.
En las gráficas de superficie donde se emplearon los valores promedio de cada
grupo, se muestran las diferencias entre ambos; el grupo con pacientes sanos, presenta un
comportamiento esperado, donde los máximos valores de anisotropía fraccional se dan en
la columna de la sección C, debido a la fuerte presencia de fibras horizontales
características del cuerpo calloso; es por ello que se nota al cuerpo calloso con un intenso
color rojo (Ver Figura 2) y va disminuyendo hacia los lados laterales; el máximo valor de
se da en la región V sección C. De acuerdo con la literatura, los valores más altos se
encuentran en la región más anterior y la región más posterior, es decir, en las regiones I y
V que es justamente lo que se reporta en el sujeto de referencia [Hofer, et al., 2006].
El grupo con callosotomía invierte su comportamiento, el máximo de valores de
anisotropía fraccional se da en la fila de la región III, esto se debe a lo antes explicado, el
50% de los pacientes presentan un comportamiento similar al sujeto de referencia en la
región III. Hay que recordar que debido a que hay un daño presente a causa de la cirugía, el
comportamiento de los valores de anisotropía va a depender de los pacientes tomados y sus
características personales.
Los datos del programa SPSS para el grupo de pacientes sanos presentan valores de
p para regiones y secciones que son menores al nivel de significancia α = 0.05, nos informa
que, sí hay diferencias significativas entre regiones y entre secciones. Las regiones I y II
son diferentes a las regiones III, IV y V; como vimos en las gráficas 3D, los primeros
tienen valores menores que los segundos. De igual forma entre secciones, donde la sección
C presenta diferencias significativas con las demás; las secciones A y E presentan
diferencias significativas respeto a las secciones B y D, esto afirma que los valores de
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anisotropía fraccional van disminuyendo hacia el lado derecho y hacia el lado izquierdo
como lo vimos en la parte gráfica.
Por último, al analizar el grupo de pacientes con callosotomía, los valores de p son
mayores que el nivel de significancia, es decir, no hay diferencias significativas entre las
medias de las regiones y las medias de las secciones, la parte gráfica es donde nos da más
información.
5.- CONCLUSIONES
Se muestra una adecuada manera de identificar las zonas en donde hay fibras
nerviosas con integridad funcional en pacientes que han sido sometidos a una callosotomía
usando las imágenes por Resonancia Magnética Funcional en su secuencia DTI. Este es el
único método no invasivo para mapear los trayectos de los tractos de la sustancia blanca
[Contreras, 2009]; y el valor de la anisotropía fraccional nos determina cual es el nivel de
restricción de la libre difusión de agua. Al identificar valores elevados de FA en
determinada región o sección de un paciente con callosotomía, resulta de apoyo para el
médico tratante identificar la región donde es necesario realizar una subsecuente
callosotomía, en caso de que las crisis continuaran.
La epilepsia refractaria en pacientes pediátricos resulta una enfermedad que debe
ser tratada lo más pronto posible para no generar daños neuronales; los resultados obtenidos
del análisis por medio de los valores de la anisotropía fraccional permiten establecer un
diagnostico personalizado, no invasivo y efectivo.
Agradecimientos
Le agradecemos al comité del THE XIX INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON
SOLID STATE DOSIMETRY por su apoyo otorgado para participar en el presente evento.
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REFERENCIAS
Basser, P; et al. (1994). Estimation of the effective self-diffusion tensor from the NMR epin-echo. J Magn Reson 103(3): 247-254.
Campos, M; et. al. (2013). Consideraciones quirúrgicas propias de la epilepsia en niños. Rev. Méd. Clín. Condes, 24(6): 1019-1026.
Castellanos, A; et. al. (2009). Experiencia en el Hospital Infantil de México Federico Gómez en el tratamiento de epilepsia generalizada, intratable, mediante callosotomía. Arch. Neurocien (Méx), 14(3):157-166.
Choudhri, A; et. al. (2013). Diffusion tensor imaging to evaluate commissural disconnection after corpus callosotomy. Paediatric Neuroradiology, 55: 1397-1703.
Contreras, O; (2009). Secuencias funcionales en resonancia magnética (difusión DTI, espectroscopia). Arch. Neurocien. (Méx), 14(1): 58-68.
Hakee, E., et.al., “Magnetic Resonance Imaging: physical principles and sequence desing”, Wiley:EUA, 914 pags., (1999).
Hofer, S, et. al. (2006). Topography of the human callosum revisited – Comprehensive fiber tractography using difusión tensor magnetic resonance imaging. ELSERVIER, NeuroImage, 32: 989-994.
Mantilla, D; et. al. (2011). Callosotomía en el tratamiento de epilepsia resistente. Univ. Méd. Bogotá (Colombia), 52(4): 431-439.
Pizzini, F. B; et. al. (2009). Diffusion tensor tracking of callosal fibers several years after callosotomy. ELSEVIER, Brain Research, 1312: 10-17.
Platas, D, et. al. (2014). Tractography of the Spider Monkey (Ateles geoffroyi) Corpus Callosum Using Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging. PLOS ONE, 10(2): eO117367.
Romero, et. al. (2007). Imágenes con tensor de difusión en resonancia magnética. Rev. Argent. Neuroc. 21:49-52.