Tractografía. Técnica neurorradiológica aplicada al estudio de la neuroanatomía
Juan José Delgado Moraleda. Estudiante de Medicina en la Universidad de Valencia (España).
Resumen
La tractografía es una nueva técnica de neuroimagen que deriva de la resonancia magnética. Por medio de técnicas no invasivas, permite obtener información de la organización de la sustancia blanca en el cerebro humano. En el trabajo que presentamos se utiliza la tractografía para elaborar un pequeño atlas en el que resultan evidentes algunas de las principales vías de conexión.
Palabras clave: radiología, neurología, neuroanatomía, tractografía.
Abstract
Tractography is a new neuroimaging technique derived from magnetic resonance. Using non-invasive technologies, it permits to obtain information about white matter substance organization in human brain. In this paper, tractography is used to develop a little atlas in which main neuroanatomic pathways are drawn.
Key words: radiology, neurology, neuroanatomy, tractography.
Introducción
En los últimos años se ha producido un auge de nuevas técnicas de neurorradiología, entre las que se encuentra la tractografía.
La obtención de imágenes mediante esta técnica se basa en la diferente posición que ocupan los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua en el interior de un individuo en dos momentos dados.
Todo cuerpo cuya temperatura sea superior al 0 absoluto (0º Kelvin o -273º Celsius), presenta un movimiento constante conocido como movimiento browniano, que es proporcional a la temperatura a la que se encuentra. Este movimiento fue descrito originalmente por Albert Einstein en el año 1905 (1).
Este movimiento, en medios carentes de limitaciones, describe una trayectoria aleatoria. Considerando el conjunto de partículas existente en un volumen del espacio dado, el movimiento resultante de todas ellas se anula, por lo que se dice que es igual a 0. Este estado de difusión neta nula o, lo que es lo mismo, de difusión igual en todos los ejes de un espacio tridimensional, se le da el nombre isotropía.
Si existiera algún cuerpo que impidiera la libre difusión, el movimiento de las moléculas de agua no sería igual en todos los ejes del espacio, sino que se produciría una difusión preferencial en uno de los ejes. La dirección de este eje preferencial sería paralela a la del cuerpo que limita la difusión.
En este caso, se dice que se ha producido un fenómeno de anisotropía y el agente causal de este fenómeno (el cuerpo que impide la correcta difusión) recibe el nombre de tensor de difusión.
El recorrido realizado con difusión libre de las moléculas de agua desde su posición original hasta que se encontraron con el tensor de difusión se encuentra relacionado con el coeficiente de difusión.
La anisotropía se expresa en forma de porcentaje o de tanto por uno (anisotropía fraccional), correspondiendo el 1 a la anisotropía total (completa predilección de las moléculas de agua por un eje del espacio) y el 0 a la ausencia de anisotropía (difusión completamente aleatoria y, por tanto, igual en todos los ejes del espacio).
La isotropía se expresa de la misma manera y adopta valores inversos a la anisotropía (isotropía = 1 / anisotropía).
Ilustraremos estos conceptos con un ejemplo. Imagínese la superficie de un estanque. En ausencia de viento u otros factores externos que muevan el agua, ésta estará completamente quieta (en el ejemplo se refiere a efectos macroscópicos). Por tanto, su superficie será lisa y estática. Si se arroja una piedra al agua, en ella se formarán unas ondas que se expandirán por igual en todas las direcciones del espacio (en este ejemplo, en dos dimensiones, pues la superficie del lago es un plano). Por tanto, las ondas dibujarán un círculo perfecto de diámetro cada vez mayor.
Sin embargo, si algún objeto se interpone en la expansión de esta onda, el círculo dejará de ser perfecto, pues en ese punto la expansión de la onda se habrá visto alterada. Es decir, en ese punto existe un elemento ajeno al agua que impide su libre difusión (tensor de difusión) y genera así la aparición de un fenómeno de anisotropía fraccional (que hace que ésta adopte valores superiores a 0). El recorrido experimentado por la onda sería el coeficiente de difusión.
Este ejemplo, aunque sea gráfico, no refleja la realidad de la difusión de las moléculas de agua en el organismo, pues el cuerpo humano no consta únicamente de dos dimensiones espaciales, como la superficie del lago, sino de tres. Para entender la difusión en tres dimensiones sería más adecuado imaginar el movimiento de una gota de tinta que hubiera sido inyectada en el interior de una masa de agua o, para más realismo, la expansión de gases y materia durante una explosión en el vacío (donde ninguna fuerza, como la gravedad, puede causar perturbaciones significativas).
La tractografía, como técnica derivada de la resonancia magnética nuclear, consigue conocer la posición de los átomos de hidrógeno que forman las moléculas de agua. Comparando su posición en dos momentos dados se puede calcular la anisotropía fraccional que presenta un determinado volumen del espacio, así como la dirección en la que difunden las moléculas de agua en ese punto.
En el interior del sistema nervioso central, las estructuras que actúan como tensor de difusión son todas aquellas que forman parte de las neuronas y que no son agua o citoplasma. Dichas estructuras son la mielina, la membrana celular y los neurofilamentos. Durante mucho tiempo se ha postulado que la mielina, dado su carácter hidrofóbico, debía ser el principal tensor de difusión. Sin embargo, los trabajos llevados a cabo en 2002 por Beaulieu (2) han demostrado el papel protagonista de la membrana celular y los neurofilamentos.
Por tanto, la dirección en la que se produce predominantemente la difusión de las moléculas de agua coincide con el eje en el que se orientan la mayoría de los axones presentes en ese punto (3). Del mismo modo, aunque no es objetivo de este trabajo, determinadas patologías del sistema nervioso producen una alteración en los tensores de difusión, lo que implica una alteración en la anisotropía cuantificable mediante el uso de tractografía. Uno de los ejemplos patológicos más estudiado mediante técnicas tractográficas es el infarto cerebral (4).
Por otro lado, la disección de tractos nerviosos y la electrofisiología han permitido poner en evidencia la existencia de conexiones entre diferentes zonas del sistema nervioso central.
Mediante estas técnicas se consigue estudiar bien la funcionalidad de determinadas vías (en el caso de la electrofisiología) o la existencia de gruesos haces de sustancia blanca que interconectan diversas zonas del cerebro muerto (como es el caso de la disección) y los