Análisis multiparamétrico mediante técnicas de neuroimagen del tratamiento del temblor esencial con ultrasonidos focalizados de alta frecuencia guiados por Resonancia Magnética (MRgFUS)

Abstract

[ES] La tecnología conocida como Magnetic Resonance guided Focused Ultrasound (MRgFUS) se refiere al procedimiento médico no invasivo que hace uso de ondas de ultrasonido focalizado de alta frecuencia (HIFU) guiadas por resonancia magnética (RM) para tratar diversas afecciones como pueden ser los temblores esenciales. En el procedimiento de MRgFUS para temblor esencial se utiliza un transductor de ultrasonido de alta energía para generar una lesión térmica precisa en el área objetivo del tálamo, en concreto, en el núcleo ventral intermedio del tálamo (VIM), una región cerebral implicada en el control motor. Un factor a considerar en la eficacia y seguridad del tratamiento mencionado es la densidad ósea del cráneo o skull density ratio (SDR) ya que puede influir en la absorción de energía durante el tratamiento de HIFU, es decir, que la cantidad de energía absorbida en el cráneo puede variar según la densidad ósea del paciente. Por ello, se realiza como prueba de ¿screening¿ una tomografía computarizada (TC) con la finalidad de medir el SDR y asegurarse si el paciente es apto o no para ser tratado mediante MRgFUS. En el presente Trabajo Fin de Máster (TFM) se pretende realizar un análisis objetivo cuantitativo de la correlación entre el ratio de densidad ósea del cráneo, obtenido del TC, y parámetros relacionados con la eficacia de esta técnica, como el volumen de la lesión generada y el volumen intracraneal, obtenidos de la RM posterior al tratamiento. Se obtendrán también los volúmenes de la lesión producida en el VIM en tres puntos temporales distintos, al instante de ser tratado, al primer mes y al sexto mes del tratamiento. De manera que se podrá analizar la evolución de la lesión a lo largo del tiempo. La segmentación de la lesión y la medición volumétrica se realizará mediante el software 3DSlicer en secuencias 3D axiales potenciadas en T2 de RM ya que proporcionan una imagen detallada de los tejidos blandos, incluyendo el cerebro y cualquier lesión presente, en este caso, la lesión generada en el VIM. Además, de acuerdo con la literatura, se pretende analizar los cambios estructurales de los volúmenes cerebrales corticales y subcorticales, en concreto de aquellas estructuras implicadas en el temblor, como el tálamo, el corteza cerebelosa, y la corteza motora primaria, entre otras. Para ello, se hará uso del software VolBrain con el que se obtendrán todas las estructuras volumétricas cerebrales antes y después del tratamiento, al primer mes y a los seis meses, y también el volumen intracraneal, permitiendo así cuantificar estas variaciones. Un cuarto estudio que se realizará en el presente TFM será la caracterización del tensor de difusión, un parámetro importante para evaluar los cambios de conectividad que ocurren en la microestructura del tejido cerebral y, en concreto, en las regiones afectadas por la lesión generada, después del tratamiento HIFU. Se utilizarán imágenes de tensor de difusión (DTI) en los tres instantes temporales mencionados anteriormente y el software Syngo.via para la cuantificación de cambios en la conectividad cerebral implicada en el control motor a partir de los parámetros de difusión como la fracción anisotrópica (FA), el coeficiente de difusión (ADC), la difusividad axial (AD) y la difusividad radial (RD). La base de datos que se utilizará en el presente trabajo pertenece a ASCIRES Grupo Biomédico, empresa con la cual se trabajará en colaboración. El criterio de inclusión se centra en los pacientes diagnosticados de temblor esencial tratados con la tecnología MRgFUS en ASCIRES desde su comienzo con este tratamiento, a inicios del año 2019. Para el estudio de imagen de cada paciente se adquirieron: TC Cerebral de ¿screening¿, RM Cerebral previa al tratamiento, RM de planificación del tratamiento, RM Cerebral Post tratamiento, RM Cerebral al mes de tratarse y RM Cerebral a los seis meses de tratarse. Con todo ello se podrían identificar los siguientes cuatro objetivos de este trabajo basado

[EN] The technology known as Magnetic Resonance guided Focused Ultrasound (MRgFUS) refers to a noninvasive medical procedure that uses high-frequency focused ultrasound (HIFU) guided by magnetic resonance imaging (MRI) to treat a variety of conditions such as essential tremor. MRgFUS for essential tremor uses a high-energy ultrasound transducer to generate a precise thermal lesion in the target area of the thalamus, particularly in the ventral intermediate nucleus of the thalamus (VIM), a brain region involved in motor control. A factor to be considered in the efficacy and safety of the mentioned treatment is the skull density ratio (SDR) as it can influence the energy absorption during the HIFU treatment, meaning that the amount of energy absorbed in the skull can differ according to the patient's bone density. Thus, a computed tomography (CT) scan is performed as a screening exam in order to measure the SDR and to determine whether or not the patient is suitable to be treated by MRgFUS. In this Master's Thesis we intend to perform a quantitative and objective analysis of the correlation between the ratio of bone density of the skull, obtained from CT, and parameters related to the efficacy of this technique, such as the volume of the lesion generated and the intracranial volume, obtained from the MRI after the treatment. Lesion volumes produced in the VIM will also be obtained at three different time points, at the instant of treatment, at the first month and at the sixth month after treatment. In this way it will be possible to analyze the evolution of the lesion through time. Lesion segmentation and volumetric measurement will be performed using 3DSlicer software in 3D axial T2-weighted MRI sequences as they provide a detailed image of soft tissues, including the brain and any lesion present, in this case, the lesion generated in the VIM. Furthermore, according to the literature, we intend to analyze the structural changes of cortical and subcortical brain volumes, specifically those structures involved in tremor, such as the thalamus, cerebellar cortex, and primary motor cortex, among others. For this purpose, all the volumetric brain structures before and after treatment, at the first and sixth month, and the intracranial volume will also be extracted with VolBrain software, thus making it possible to quantify these changes. A fourth study to be conducted in the present thesis will be the characterization of the diffusion tensor, an important parameter to evaluate the connectivity changes that occur in the microstructure of the brain tissue and, particularly, in the regions affected by the generated lesion, after HIFU treatment. Diffusion tensor imaging (DTI) at the three temporal instants mentioned above and Syngo.via software will be used for the quantification of changes in brain connectivity involved in motor control from diffusion parameters such as anisotropic fraction (AF), diffusion coefficient (ADC), axial diffusivity (AD) and radial diffusivity (RD). The database to be used in this study belongs to ASCIRES Grupo Biomédico, a company with which we will work in collaboration. The inclusion criterion focuses on patients diagnosed with essential tremor treated with MRgFUS technology at ASCIRES since its start with this treatment, at the beginning of 2019. For each patient, the following imaging study was acquired: screening brain CT, pre-treatment brain MRI, treatment planning MRI, post-treatment brain MRI, one-month post-treatment brain MRI and six-month post-treatment brain MRI. With all this, the following four objectives of this work could be identified with the analysis of: the influence of skull bone density (SDR) with the size of the lesion generated by the HIFU treatment and the intracranial volume; the evolution of the lesion volume; the structural changes of the brain volumes in the temporal axis; and, finally, the study of brain connectivity from the properties derived from the DTI.