Optimización del protocolo de adquisición de imágenes de Resonancia Magnética ponderadas en difusión (dw-MRI) para la caracterización de la neuroinflamación y su traslación al entorno clínico

Abstract

[ES] La neuroinflamación consiste en la respuesta tisular del sistema nervioso central a las alteraciones en la homeostasis de los tejidos y está mediada principalmente por la microglía y los astrocitos. Recientemente se ha desarrollado un marco de Imagen por Resonancia Magnética ponderada en Difusión (dw-MRI) capaz de detectar los cambios morfológicos debidos a la activación de la microglía y los astrocitos, de manera que la neuroinflamación podría ser caracterizada de modo no invasivo. Sin embargo, este protocolo conlleva un tiempo de adquisición muy largo para su aplicación en el entorno clínico lo que limita el impacto y la utilidad de este.

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado consiste en trasladar el protocolo existente al entorno clínico de manera que tenga una repercusión real en el diagnóstico y la práctica médica diaria. Para ello, la secuencia de resonancia magnética debe: i) adaptarse a las características de los escáneres que se encuentran comúnmente en los hospitales; y ii) tener una duración total inferior a 30 minutos.

Con dicha finalidad se realizará un análisis de datos adquiridos mediante un protocolo avanzado en 6 sujetos sanos, 5 veces por sujeto, en el equipo de IRM de 3T ¿Connectom¿ de las instalaciones de la Universidad de Cardiff, en Reino Unido. Todos los datos serán previamente anonimizados. Excluyendo parte de las imágenes adquiridas, se reducirá progresivamente la calidad de dichos datos minimizando así la duración de la secuencia, hasta poder adecuar el protocolo a las características de la clínica. Para alcanzar una compensación entre la duración del examen y la calidad de los mapas obtenidos, se definirá un rango de exactitud y precisión que deberán cumplir los resultados extraídos tras la reducción de calidad, comparados con los resultados obtenidos en el conjunto de datos completo (gold standard), dado que el objetivo último es que la neuroinflamación siga pudiendo ser detectada.

Todo ello se realizará en el entorno de programación de Matlab. Además, se emplearán programas de neuroimagen como FSL para la visualización de los datos. Debido al coste computacional del procesado de estos datos, se ha optado por estudiar únicamente la región del hipocampo con la intención de poder trasladar posteriormente el estudio realizado a los datos del cerebro completo. Para ello se utilizará un cluster de computación (Trueno) cedido por el CSIC.

Este Trabajo Fin de Grado se realizará en estrecha colaboración con el Instituto de Neurociencias de San Juan de Alicante, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad Miguel Hernández.

[EN] Neuroinflammation is known as Central Nervous System tissue¿s response to the tissue¿s homeostasis alterations, and it is mainly mediated by microglia and astrocytes. Recently, a new Diffusion-weighted Magnetic Resonance Imaging (dw-MRI) framework has been discovered that can detect morphological changes due to microglia and astrocyte activation. Therefore, neuroinflammation could be characterized in a non-invasive way. Nevertheless, the clinical application of this protocol entails a long acquisition time, limiting its impact and usefulness.

The aim of this project is to scale the existing protocol to the clinical setting so that it has a real repercussion in the diagnostic and daily medical practice. To accomplish this, the resonance magnetic sequence must: i) adapt to the commonly found hospital scanners' characteristics; and ii) have a total duration of less than 30 minutes.

For this purpose, data analysis would be carried out. This data was acquired with an advanced protocol in 6 healthy subjects, 5 times for each subject, in the 3T ¿Connectom¿ IRM equipment located at Cardiff University in the United Kingdom. Every record would be anonymized previously. Excluding part of the acquired images, data quality would be reduced progressively, minimizing the duration of the sequence until the protocol becomes suitable for clinical characteristics. To accomplish a balance between the duration of the exam and the quality of the obtained maps, a range of exactitude and precision requirements would be defined and checked for the results extracted after quality reduction. These results will be compared with the ones obtained with the complete data set (gold standard), inasmuch as the last objective is that the neuroinflammation still is detectable.

All of it would be carried out in a MATLAB programming environment. Some neuroimaging programs will be used such as FSL for data visualization. Due to data processing computational cost, it has been chosen to study only the hippocampus region with the intention of subsequently transferring the study to whole-brain data. For it, a computation cluster (Trueno) will be used ceded by the CSIC.

This project will be carried out in very close collaboration with San Juan Neuroscience Institute in Alicante, of the Higher Council for Scientific Research-Miguel Hernández University.