El etiquetado de espín arterial (ASL), también conocido como etiquetado de espín arterial , es una técnica de imágenes por resonancia magnética que se utiliza para cuantificar la perfusión sanguínea cerebral mediante el etiquetado del agua sanguínea a medida que fluye por el cerebro. ASL se refiere específicamente al etiquetado magnético de la sangre arterial debajo o en la placa de imágenes, sin la necesidad de contraste de gadolinio . [1] Son posibles varios esquemas de ASL, siendo el más simple la recuperación de inversión alternada de flujo (FAIR), que requiere dos adquisiciones de parámetros idénticos con la excepción de la saturación fuera de corte; la diferencia en las dos imágenes es teóricamente solo de los espines entrantes, y puede considerarse un " mapa de perfusión ". [2] La técnica ASL fue desarrollada por John S. Leigh Jr, John A. Detre, Donald S. Williams y Alan P. Koretsky en 1992. [3] [4] [5] [6]
El etiquetado de espín arterial utiliza las moléculas de agua que circulan por el cerebro y, mediante un pulso de radiofrecuencia, rastrea el agua de la sangre a medida que circula por el cerebro. Después de un período de tiempo en microsegundos (suficiente para permitir que la sangre circule por el cerebro), se captura una imagen de "etiqueta". También se adquiere una imagen de "control" antes del etiquetado del agua de la sangre. Una técnica de sustracción proporciona una medida de la perfusión. Para aumentar la relación señal-ruido , se pueden promediar conjuntos de imágenes de control y de etiqueta. También hay otras especificaciones en la resonancia magnética que pueden aumentar la relación señal-ruido, como la cantidad de bobinas de cabeza de la resonancia magnética o una mayor intensidad de campo (3 T es estándar, pero 1,5 T es satisfactorio). Para escalar correctamente los valores de perfusión en unidades de flujo sanguíneo cerebral (FSC, ml/100 g/1 min), también se recomienda adquirir un mapa de densidad de protones independiente con los mismos parámetros (pero con un TR más largo para relajar por completo los espines sanguíneos). Como alternativa, la imagen de control promedio se puede utilizar para generar el CBF, que es el caso de las lecturas de pCASL de Phillips . Por lo general, también se aplica la supresión de fondo para aumentar la relación señal-ruido. Debido a las diferentes variaciones de cada implementación, se recomienda que un estudio de múltiples escáneres a gran escala diseñe un protocolo que minimice la variedad de métodos de lectura utilizados por cada escáner.
Un estudio ha demostrado que, aunque existen diferencias en los vóxeles cuando se utilizan distintos métodos de lectura, el CBF medio de la materia gris sigue siendo comparable. Las diferencias en la relación señal/ruido son evidentes cuando se compara cada vóxel, pero en conjunto son insignificantes. [7] [ ¿ Importancia de los ejemplos? ]
En el etiquetado de espín arterial continuo (CASL), el agua de la sangre se invierte a medida que fluye a través del cerebro en un plano. CASL se caracteriza por un solo pulso largo (alrededor de 1-3) segundos. Esto puede ser desventajoso para ciertos escáneres que no están diseñados para mantener un pulso de radiofrecuencia tan largo y, por lo tanto, requerirían ajustes en un amplificador de RF . Esto se rectifica en el etiquetado de espín arterial pseudocontinuo (pCASL), donde un solo pulso largo se reemplaza con múltiples pulsos (hasta mil) de milisegundos. Esto conduce a una mayor eficiencia de etiquetado. pCASL es la implementación preferida de ASL. [8] Hay diferentes módulos de lectura para pCASL, dependiendo del escáner utilizado, con pCASL 2D generalmente implementado para todos los escáneres y pila de espirales pCASL 3D implementada en escáneres GE .
En el etiquetado de pulso arterial por espín (PASL), el agua de la sangre se invierte a medida que pasa a través de una placa de etiquetado (de 15 a 20 cm) en lugar de un plano. Existen diferentes variantes de esta implementación, incluidas EPISTAR, PICORE y PULSAR. La mayoría de los escáneres se han diseñado para que el PASL funcione de manera inmediata para uso en investigación.
El etiquetado arterial selectivo por velocidad es una estrategia que aún requiere validación. El etiquetado arterial selectivo por velocidad es ventajoso en una población en la que el flujo sanguíneo puede verse impedido (por ejemplo, en caso de accidente cerebrovascular), porque el etiquetado se produce más cerca de los capilares. Esto permite que el decaimiento posterior al etiquetado sea más corto. [9]
La secuencia pseudocontinua preparada por difusión (DP-pCASL) es una variante más reciente de la secuencia ASL que marca magnéticamente las moléculas de agua y mide su movimiento a través del complejo de barrera hematoencefálica, lo que permite calcular la tasa de intercambio de agua (kw). [10] [11] La kw se utiliza como sustituto de la permeabilidad y la función de la barrera hematoencefálica. El intercambio de agua a través de la barrera hematoencefálica está mediado por una serie de procesos, entre ellos la difusión pasiva, el cotransporte activo a través de la membrana endotelial y, predominantemente, por la difusión facilitada a través del canal de agua dedicado acuaporina-4 (AQP4). Varios estudios han investigado el uso de DP-pCASL en enfermedades cerebrovasculares, entre ellas el accidente cerebrovascular isquémico agudo, [12] CADASIL, [13] la enfermedad cerebral hereditaria de los vasos pequeños [14] , así como en modelos animales. [15]
Los mapas ASL se pueden analizar principalmente utilizando las mismas herramientas para analizar fMRI y VBM . Se han desarrollado muchas cajas de herramientas específicas de ASL para ayudar en el análisis ASL, como BASIL (inferencia bayesiana para etiquetado de espín arterial MRI), parte del paquete de neuroimagen FSL y también la caja de herramientas ASL de Ze Wang (que utiliza MATLAB) para ayudar en la sustracción y el promedio de los pares etiquetados/de control. [16] A menudo se necesita una verificación de calidad visual para asegurarse de que el mapa de perfusión sea válido (como el registro correcto o la segmentación correcta de materiales no cerebrales como la duramadre ). Se puede analizar un enfoque de cerebro completo/voxel por vóxel registrando el mapa ASL en el espacio MNI para comparaciones grupales. Se puede analizar un enfoque de región de interés registrando el mapa ASL en un grupo seleccionado, o un atlas , como un estándar (como el atlas cortical Harvard-Oxford) o un atlas individual desarrollado por software como FreeSurfer . El procedimiento recomendado para el registro de ASL para el análisis vóxel por vóxel es registrar el mapa de perfusión en una segmentación de materia gris de cada individuo mediante un procedimiento no rígido. [ cita requerida ]
La materia gris suele requerir más oxigenación y es la fuente de una mayor actividad cerebral en comparación con la materia blanca . Por lo tanto, el flujo sanguíneo cerebral de la materia gris suele ser mayor que el de la materia blanca. El valor único del flujo sanguíneo cerebral de la materia gris suele aislarse para ofrecer una visión general de las diferencias del flujo sanguíneo cerebral. El flujo sanguíneo cerebral de la materia gris y de la materia blanca se puede localizar utilizando atlas o Freesurfer .
La conectividad funcional del lenguaje de señas se puede diseñar con parámetros que favorezcan un tiempo de exploración prolongado. Los estudios han sugerido que el lenguaje de señas complementa bien los hallazgos de la fMRI en estado de reposo, pero puede diferenciar menos entre redes cerebrales en reposo (como la red neuronal por defecto ). [17]
La resonancia magnética funcional (fMRI) ha sido la modalidad de elección para visualizar la actividad cerebral y aprovecha una variedad de técnicas que se pueden utilizar para interpretarla. Sin embargo, la señal que adquiere la fMRI es la señal BOLD , que no se correlaciona directamente con el flujo sanguíneo. El flujo sanguíneo cerebral, por otro lado, sí lo hace, lo que permite el análisis de factores de riesgo cardiovasculares (ECV) y inflamatorios , y trastornos (como la esquizofrenia y el trastorno bipolar ) que tienen efectos comórbidos con la ECV. [18] La obtención de imágenes ASL puede ser una herramienta útil para complementar la fMRI y viceversa.
En el infarto cerebral , la penumbra tiene una perfusión disminuida. [19] Además de las enfermedades neurovasculares agudas y crónicas, se ha demostrado el valor del ASL en tumores cerebrales , epilepsia y enfermedades neurodegenerativas , como la enfermedad de Alzheimer , la demencia frontotemporal y la enfermedad de Parkinson . [20] Además, DP-pCASL tiene un potencial prometedor para evaluar la integridad de la barrera hematoencefálica en pacientes con accidente cerebrovascular isquémico. [21]
Aunque la forma principal de fMRI utiliza el contraste dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD), [22] el ASL es otro método para obtener contraste. [23]
Se han realizado investigaciones para aplicar el lenguaje de signos a las imágenes renales, [24] del páncreas, [25] y de la placenta. Un desafío para este tipo de perfusión no cerebral es el movimiento debido a la respiración. Además, hay mucho menos desarrollo en la segmentación de estos órganos específicos, por lo que los estudios son a una escala relativamente pequeña.
El ASL es en general una técnica segura, aunque pueden producirse lesiones como resultado de procedimientos de seguridad fallidos o errores humanos como ocurre con otras técnicas de resonancia magnética. [26]
El ASL, al igual que otras modalidades de resonancia magnética, genera una gran cantidad de ruido acústico durante la exploración, por lo que se recomienda utilizar tapones para los oídos.