Una nueva técnica de resonancia magnética capta el movimiento del cerebro con gran detalle by Stevens Institute of TechnologyMedicalExpo

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Las imágenes por resonancia magnética (IRM) suelen ser estáticas. Pero ahora, investigadores del Instituto de Investigación Médica Mātai (Mātai), el Instituto de Tecnología Stevens, la Universidad de Stanford, la Universidad de Auckland y otras instituciones, informan de una técnica de imagen que capta el cerebro en movimiento en tiempo real, en 3D y con un detalle asombroso, lo que proporciona una posible herramienta de diagnóstico para detectar afecciones difíciles de detectar, como trastornos cerebrales obstructivos y aneurismas, antes de que pongan en peligro la vida.

La nueva técnica, denominada resonancia magnética amplificada en 3D, revela el movimiento pulsátil del cerebro, lo que podría ayudar a los investigadores a visualizar de forma no invasiva los trastornos cerebrales y a informar sobre mejores estrategias de tratamiento para las pequeñas deformaciones o trastornos que obstruyen el cerebro o bloquean el flujo de fluidos cerebrales.

Samantha Holdsworth, directora de investigación de Mātai, profesora titular de la Universidad de Auckland e investigadora principal del Centro de Investigación Cerebral, y Mehmet Kurt, profesor adjunto de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico Stevens, han publicado ahora dos artículos sobre la aMRI en colaboración con la Universidad de Stanford, la Universidad de San Diego California, la Universidad de Queens y la Escuela de Medicina Icahn del Monte Sinaí.

El primer artículo, publicado hoy en línea en Magnetic Resonance in Medicine, presenta el método de RMNa en 3D, comparándolo con su predecesor de RMNa en 2D. El nuevo método da lugar a una asombrosa visualización del movimiento del cerebro humano que puede verse en todas las direcciones. El segundo artículo, publicado hoy en línea en Brain Multiphysics, visualiza, valida y cuantifica tanto la amplitud como la dirección del cerebro a medida que se mueve en el espacio tridimensional. La validación y la cuantificación garantizan que el procesamiento del software refleja una versión amplificada del movimiento real.

Los enfoques descritos en los dos artículos podrían aportar importantes conocimientos clínicos para una serie de trastornos cerebrales. Por ejemplo, el movimiento anormal de dos zonas de la base del cerebro, la protuberancia y el cerebelo, se ha propuesto como marcador diagnóstico de la malformación de Chiari I, una anomalía que hace que el tejido cerebral se extienda hacia el canal espinal.

La IRM amplificada en 2D fue desarrollada por Holdsworth, Mahdi Salmani Rahimi, Itamar Terem y otros colaboradores de Stanford, lo que permitió que las imágenes de IRM captaran el movimiento del cerebro de una forma que nunca antes se había visto. La RMN amplificada en 3D se basa en este trabajo previo desarrollado y publicado en 2016. El algoritmo de aMRI utiliza un método de procesamiento de movimiento de vídeo desarrollado por Neal Wadhwa, Michael Rubinstein, Fredo Durand, William Freeman y sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

"El nuevo método amplía las pulsaciones rítmicas microscópicas del cerebro a medida que el corazón late para permitir la visualización de los diminutos movimientos en forma de pistón, que son menores que el ancho de un cabello humano", explicó Terem, estudiante de posgrado en Stanford y autor principal del primer artículo. "La nueva versión en 3D proporciona un mayor factor de aumento, lo que nos da una mejor visibilidad del movimiento del cerebro, y una mayor precisión"

La aMRI en 3D del cerebro humano muestra movimientos diminutos del cerebro con una resolución espacial sin precedentes de 1,2 mm3, aproximadamente el ancho de un cabello humano. Los movimientos reales se amplifican (se hacen más grandes, hasta 25 veces) para que los médicos e investigadores puedan ver los movimientos con detalle. El sorprendente detalle de estos movimientos animados ampliados puede ayudar a identificar anomalías, como las causadas por obstrucciones de los fluidos espinales, que incluyen la sangre y el líquido cefalorraquídeo.

"Demostramos que la RMNa 3D puede utilizarse para la cuantificación del movimiento cerebral intrínseco en 3D, lo que implica que la RMNa 3D tiene un gran potencial para ser utilizada como herramienta clínica por los radiólogos y los médicos para complementar la toma de decisiones para el tratamiento del paciente", dijo Mehmet Kurt, del Instituto de Tecnología Stevens y autor principal del segundo artículo. "En mi laboratorio en Stevens, ya estamos viendo los beneficios del uso de variantes de la técnica de aMRI 3D en una variedad de condiciones clínicas, incluyendo la Malformación de Chiari I, la hidrocefalia y los aneurismas, en colaboración con los clínicos de Mount Sinai"

Hay varios proyectos de investigación en marcha que utilizan el nuevo software de imagen. Holdsworth dijo: "Estamos utilizando la aMRI 3D para ver si podemos encontrar nuevos conocimientos sobre el efecto de las lesiones cerebrales traumáticas leves en el cerebro". Y añadió: "Un estudio que ya está en marcha, una colaboración entre Mātai y la Universidad de Auckland, utiliza la RMNa 3D junto con métodos de modelado cerebral para ver si podemos desarrollar una forma no invasiva de medir la presión cerebral, lo que en algunos casos podría eliminar la necesidad de cirugía cerebral" Esto podría ser valioso desde el punto de vista clínico, por ejemplo, en el caso de los niños con hipertensión intracraneal idiopática, que a menudo requieren una monitorización invasiva de la presión cerebral.

Miriam Sadeng, profesora asociada de la Universidad de Auckland en el departamento de anatomía e imagen médica, que es médico y autora de ambos trabajos, dijo: "Este nuevo y fascinante método de visualización podría ayudarnos a entender lo que impulsa el flujo de fluido dentro y alrededor del cerebro. Nos permitirá desarrollar nuevos modelos sobre el funcionamiento del cerebro, que nos guiarán en la forma de mantener la salud cerebral y restaurarla en caso de enfermedad o trastorno."

"La validación del método a través de modelos computacionales nos dio más confianza sobre el impacto potencial de este trabajo", dijo Javid Abderezaei, un estudiante graduado en el laboratorio de Kurt en Stevens y autor principal del segundo artículo. "Lo emocionante es ver que los patrones de desplazamiento dominantes en el cerebro sano coincidían cualitativamente con la fisiología subyacente, lo que significa que cualquier cambio en el flujo fisiológico como resultado de un trastorno cerebral debería reflejarse en los desplazamientos que medimos."