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Elastografía por resonancia magnética

La elastografía por resonancia magnética ( ERM ) es una forma de elastografía que aprovecha específicamente la resonancia magnética para cuantificar y posteriormente mapear las propiedades mecánicas ( elasticidad o rigidez ) del tejido blando . Desarrollada y descrita por primera vez en Mayo Clinic por Muthupillai et al. en 1995, la ERM ha surgido como una herramienta de diagnóstico poderosa y no invasiva , es decir, como una alternativa a la biopsia y las pruebas séricas para estadificar la fibrosis hepática . [1] [2] [3] [4] [5]

El tejido enfermo (por ejemplo, un tumor de mama ) suele ser más rígido que el tejido normal circundante (fibroglandular), [6] lo que motiva a evaluar la rigidez del tejido. [7] Este principio de funcionamiento es la base de la práctica de larga data de la palpación, que, sin embargo, está limitada (excepto en la cirugía) a órganos y patologías superficiales, y por su naturaleza subjetiva y cualitativa, dependiendo de la habilidad y la sensibilidad táctil del médico. Las técnicas de imagen convencionales de TC , RM , ecografía y medicina nuclear no pueden ofrecer ninguna información sobre el módulo elástico del tejido blando . [2] La MRE, como método cuantitativo para evaluar la rigidez del tejido, proporciona información fiable para visualizar una variedad de procesos patológicos que afectan la rigidez del tejido en el hígado , el cerebro , el corazón , el páncreas , el riñón , el bazo , la mama , el útero , la próstata y el músculo esquelético . [2] [3] [8]

La MRE se lleva a cabo en tres pasos: primero, se utiliza un vibrador mecánico en la superficie del cuerpo del paciente para generar ondas transversales que viajan a los tejidos más profundos del paciente; segundo, una secuencia de adquisición de MRI mide la propagación y velocidad de las ondas; y finalmente esta información es procesada por un algoritmo de inversión para inferir y mapear cuantitativamente la rigidez del tejido en 3-D. [2] [3] Este mapa de rigidez se llama elastograma y es el resultado final de la MRE, junto con las imágenes de MRI 3-D convencionales como se muestra a la derecha. [2]

Mecánica de los tejidos blandos

La MRE determina cuantitativamente la rigidez de los tejidos biológicos midiendo su respuesta mecánica a una tensión externa. [3] Específicamente, la MRE calcula el módulo de corte de un tejido a partir de sus mediciones de desplazamiento de onda de corte. [7] El módulo elástico cuantifica la rigidez de un material, o qué tan bien resiste la deformación elástica cuando se aplica una fuerza. Para los materiales elásticos, la deformación es directamente proporcional a la tensión dentro de una región elástica. El módulo elástico se considera como la constante de proporcionalidad entre la tensión y la deformación dentro de esta región. A diferencia de los materiales puramente elásticos, los tejidos biológicos son viscoelásticos , lo que significa que tienen características tanto de sólidos elásticos como de líquidos viscosos. Sus respuestas mecánicas dependen de la magnitud de la tensión aplicada, así como de la tasa de deformación. La curva de tensión-deformación para un material viscoelástico exhibe histéresis . El área del bucle de histéresis representa la cantidad de energía perdida como calor cuando un material viscoelástico sufre una tensión aplicada y se distorsiona. En estos materiales, el módulo elástico es complejo y se puede separar en dos componentes: un módulo de almacenamiento y un módulo de pérdida. El módulo de almacenamiento expresa la contribución del comportamiento elástico del sólido, mientras que el módulo de pérdida expresa la contribución del comportamiento del líquido viscoso. Por el contrario, los materiales elásticos muestran una respuesta puramente sólida. Cuando se aplica una fuerza, estos materiales almacenan y liberan energía elásticamente, lo que no da lugar a una pérdida de energía en forma de calor. [9]

Sin embargo, la MRE y otras técnicas de obtención de imágenes elastométricas suelen utilizar una estimación de parámetros mecánicos que supone que los tejidos biológicos son elásticos linealmente e isotrópicos para simplificar. [10] El módulo de corte efectivo se puede expresar con la siguiente ecuación:

donde es el módulo elástico del material y es el coeficiente de Poisson .

El coeficiente de Poisson para los tejidos blandos se aproxima a 0,5, lo que da como resultado que la relación entre el módulo elástico y el módulo de corte sea igual a 3. [11] Esta relación se puede utilizar para estimar la rigidez de los tejidos biológicos en función del módulo de corte calculado a partir de las mediciones de propagación de ondas de corte. Un sistema controlador produce y transmite ondas acústicas establecidas en una frecuencia específica (50–500 Hz) a la muestra de tejido. En estas frecuencias, la velocidad de las ondas de corte puede ser de aproximadamente 1–10 m/s. [12] [13] El módulo de corte efectivo se puede calcular a partir de la velocidad de la onda de corte con lo siguiente: [14]

donde es la densidad del tejido y es la velocidad de la onda transversal.

Estudios recientes se han centrado en la incorporación de estimaciones de parámetros mecánicos en algoritmos inversos de posprocesamiento que tienen en cuenta el comportamiento viscoelástico complejo de los tejidos blandos. La creación de nuevos parámetros podría aumentar potencialmente la especificidad de las mediciones de ERM y las pruebas de diagnóstico. [15] [16]

Aplicaciones

Hígado

Elastografía por resonancia magnética para la detección de fibrosis hepática en dos pacientes. La columna de la izquierda muestra la anatomía, con el hígado delineado. La fila del medio muestra imágenes de ondas transversales que se propagan en el hígado, capturadas con la técnica de resonancia magnética. La columna de la derecha muestra elastogramas calculados a partir de las imágenes de las ondas, con la rigidez del tejido representada en una escala de colores. En la fila superior, la rigidez hepática media es de 1,8 kPa, dentro del rango normal. En la fila inferior, el paciente tiene una rigidez hepática media de 5,7 kPa, lo que indica la presencia de fibrosis hepática avanzada (cirrosis).

La fibrosis hepática es una afección común que se presenta en muchas enfermedades hepáticas. La progresión de la fibrosis puede provocar cirrosis y enfermedad hepática terminal. La medición de la rigidez hepática basada en la ERM ha surgido como la técnica no invasiva más precisa para detectar y estadificar la fibrosis hepática. La ERM proporciona mapas cuantitativos de la rigidez tisular en grandes regiones del hígado. El aumento anormal de la rigidez hepática es una consecuencia directa de la fibrosis hepática. El rendimiento diagnóstico de la ERM para evaluar la fibrosis hepática se ha establecido en múltiples estudios. [17] [18] [16] [19]

Los exámenes de MRE del hígado se realizan en sistemas de MRI que han sido equipados para la técnica. Los pacientes deben ayunar durante 3 a 4 horas antes de su examen de MRE para permitir la medición más precisa de la rigidez del hígado. [20] [21] [22] Los pacientes se recuestan en decúbito supino en el escáner de MRI para el examen. Se coloca un dispositivo especial en el lado derecho de la pared torácica sobre el hígado para aplicar una vibración suave que genera ondas transversales que se propagan en el hígado. La obtención de imágenes para MRE es muy rápida, con datos adquiridos en una serie de 1 a 4 períodos de apnea, cada uno de los cuales dura entre 15 y 20 segundos.   

La RSNA Quantitative Imaging Biomarkers Alliance ha documentado un enfoque estandarizado para realizar y analizar exámenes de MRE de hígado. [23] La tasa de éxito técnico de la MRE de hígado es muy alta (95-100%) [24] [25] [26]

Cerebro

La ERM del cerebro [27] se presentó por primera vez a principios de la década de 2000. [28] [29] Las medidas de elastograma se han correlacionado con tareas de memoria, [30] medidas de aptitud física, [31] y la progresión de varias condiciones neurodegenerativas. [27] Por ejemplo, se han observado disminuciones regionales y globales en la viscoelasticidad cerebral en la enfermedad de Alzheimer [32] [33] y la esclerosis múltiple . [34] [35] Se ha descubierto que a medida que el cerebro envejece, pierde su integridad viscoelástica debido a la degeneración de neuronas y oligodendrocitos . [36] [37] Un estudio reciente analizó la rigidez isotrópica y anisotrópica en el cerebro y encontró una correlación entre las dos y con la edad, particularmente en la materia gris. [38]

La ERM también puede tener aplicaciones para comprender el cerebro adolescente . Recientemente, se descubrió que los adolescentes tienen diferencias regionales en la viscoelasticidad cerebral en relación con los adultos. [39] [40]

La resonancia magnética funcional también se ha aplicado a la neuroimagen funcional . Mientras que la resonancia magnética funcional (fMRI) infiere la actividad cerebral detectando cambios relativamente lentos en el flujo sanguíneo, la resonancia magnética funcional es capaz de detectar cambios neuromecánicos en el cerebro relacionados con la actividad neuronal que ocurre en la escala de 100 milisegundos. [41]

Riñón

La MRE también se ha aplicado para investigar las propiedades biomecánicas del riñón. La viabilidad de la MRE renal clínica se informó por primera vez en 2011 para voluntarios sanos [42] y en 2012 para pacientes con trasplante renal . [43] La MRE renal es más desafiante que la MRE de órganos más grandes como el cerebro o el hígado debido a las características mecánicas finas en la corteza renal y la médula , así como la posición acústicamente protegida de los riñones dentro de la cavidad abdominal. Para superar estos desafíos, los investigadores han estado buscando diferentes controladores pasivos y técnicas de imágenes para entregar mejor las ondas transversales a los riñones. [44] [45] [46] [47] [48] Los estudios que investigan enfermedades renales como la disfunción del aloinjerto renal, [49] [50] [51] [52] la nefritis lúpica, [53] la nefropatía por inmunoglobulina A (IgAN), [54] la nefrología diabética, [55] los tumores renales [56] y la enfermedad renal crónica [57] demuestran que la rigidez renal es sensible a la función renal [58] [59] y a la perfusión renal. [58] [60]

Tomoelastografía de riñón, próstata y páncreas
Elastografía por resonancia magnética ( tomoelastografía ) de (a) el riñón, (b) la próstata y (c) el páncreas. Las imágenes de magnitud ponderada en T2 de la tomoelastografía se muestran en la columna de la izquierda, mientras que los elastogramas correspondientes se muestran en la columna de la derecha. En (b), se muestran imágenes de un voluntario sano (fila superior) y un paciente con cáncer de próstata en la zona de transición (fila inferior, lesión indicada por una flecha). De manera similar, (c) muestra imágenes de un voluntario sano (fila superior) y un paciente con adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC) (fila inferior, el PDAC y el parénquima pancreático se indican con flechas llenas y vacías, respectivamente).

Próstata

La próstata también puede examinarse mediante MRE, en particular para la detección y el diagnóstico del cáncer de próstata . [61] Para asegurar una buena penetración de la onda transversal en la glándula prostática, se diseñaron y evaluaron diferentes sistemas de actuadores. [62] [63] Los resultados preliminares en pacientes con cáncer de próstata mostraron que los cambios en la rigidez permitieron la diferenciación del tejido canceroso del tejido normal. [64] La elastografía por resonancia magnética se ha utilizado con éxito en pacientes con cáncer de próstata mostrando una alta especificidad y sensibilidad para diferenciar el cáncer de próstata de las enfermedades prostáticas benignas [65] [66] (ver figura a la derecha (b)). Se logró una especificidad aún mayor del 95% para el cáncer de próstata cuando la elastografía por resonancia magnética se combinó con la interpretación sistemática de imágenes utilizando PI-RADS (versión 2.1). [66] [67]

Páncreas

El páncreas es uno de los tejidos más blandos del abdomen. Dado que las enfermedades pancreáticas, incluida la pancreatitis y el cáncer de páncreas , aumentan significativamente la rigidez , la ERM es una herramienta prometedora para diagnosticar afecciones benignas y malignas del páncreas. La ERM detectó una rigidez pancreática anormalmente alta en pacientes con pancreatitis aguda y crónica . [68] La rigidez pancreática también se utilizó para distinguir la malignidad pancreática de las masas benignas [69] y para predecir la aparición de fístula pancreática después de la anastomosis pancreaticoentérica. [70] Se encontró que la cuantificación del volumen de los tumores pancreáticos basada en la medición tomoelastográfica de la rigidez estaba excelentemente correlacionada con los volúmenes tumorales estimados por tomografía computarizada con contraste . [71] En pacientes con adenocarcinoma ductal pancreático se encontró que la rigidez estaba elevada en el tumor así como en el parénquima pancreático distal al tumor, lo que sugiere una afectación pancreática heterogénea [72] (figura de la derecha (c)).

Véase también

Referencias

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