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Unidad de Investigación

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DIFUSION, MAPA DE COEFICIENTE DE DIFUSIÓN APARENTE Y EXPONENCIAL

Definición: Es el desplazamiento aleatorio que realizan las moléculas de agua cuando las mismas son inducidas térmi-camente. En un medio sin barreras, estas moléculas de agua experimentan cambios permanentes de velocidad (tanto en magnitud como en dirección) cada vez que colisionan entre ellas determinando un movimiento incoherente, aleatorio, denominado movimiento browniano o difusión libre.

En 1827 el botánico británico Robert Brown observó con un microscopio las partículas de polen que había suspendido en agua, Brown se dio cuenta de que las partículas mostraban un movimiento constante, aleatorio, como si se las estuvieran empujando, el fenómeno debe su nombre al descubri-dor, aunque Brown nunca explicará lo que causaba el movimiento, Einstein proporcionó una descripción matemática completa de este fenómeno mo-lecular, que podía ser verificado experimentalmente.Si bien el camino que recorre una molécula de agua puede ser largo, el desplazamiento neto al cabo de un tiempo determinado es mucho menor, por ejemplo, un borracho que se mueve aleatoriamente y que haya dado 49 pasos de 1 metro de longitud cada uno, ha recorrido 7 metros desde su posición inicial, sobrio, es decir, caminando en línea recta, hubiera recorrido 49 metros.

Entonces el mapa de coeficiente de difusión aparente es la cuantificación de la difusión (medida del desplazamiento neto). El exponencial es la dife-rencia entre la Difusión menos el efecto T2 que experimentan las lesiones.

Autores: Dr. Carlos Martinot L., Dr. Félix Valdez L.,Dr. Carlos Martinot del P., Dra. Silvia Sotelo R.,Dr. Genaro Herrera G., Dr. Miguel Cortés L., Dr. David Alfaro L., Dr. Henry Tito A.,Dr. Augusto Merello K., Dr. Julio Ponce P.,Dr. Julio Saldaña del P., Lic. Javier Chávez R.

Departamento de Investigación de Resonancia Magnética

Coordinaciones: Lic. Pamela Cossar [email protected]

CEREMA Calle Velásquez 109 San Borja Lima – Perú T. 01-225-0030 F. 01-224-2382

Valoración cualitativa (visual) y valor b.- La sensibilidad de la secuencia a la difusión de las moléculas de agua se determina por medio del valor b, el que es seleccionado por el operador. Generalmente, se adquieren 2 ó 3 valores b, incluyendo un valor b de 0 seg/mm2 (sin ponderación en difusión) y un valor b más alto (habitualmente entre 500 – 1000 seg/mm2. Por cada valor b se obtiene un set de imágenes el que suele presentarse en escala de grises.

Figura 1. Esquema que representa el movi-miento libre, incoherente, que realizan las moléculas de agua en un medio sin limita-ciones.

¿QUÉ SE PUEDE EVALUAR CON LA DIFUSIÓN?• Tipos de edema.• Edema citotóxico.• Edema vasogénico.

• Densidad celular.• Contenido de áreas quísticas.• Quistes simples.• Abscesos.• Necrosis.

APLICACIONES DE LA DIFUSIÓN• Infartos isquémicos.• Diferenciación entre tumores y otras masas no neo-

plásicas.


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HALLAZGOS NORMALES

Mapa ADC(Coeficiente de difusión aparente)

Difusión

Cambios quísticos en los plexos coroideosMaterial viscoso gelatinoso

Homogeneidad en globus pallidum, tracto corticoespinal, sus-tancia gris y sustancia blanca.

Difusión T2Mapa ADC Transferencia de la magneti-zación con Gadolinio

( ) Ganglios basales: depósitos de hierro. Son observados con hipointensidad de señal

( ) Tractos corticoespinales Son observados con hiperintensidad de señal

La sustancia gris muestra señal levemente alta comparada con la sustancia blanca.Áreas hiperintensas son a menudo observadas en brazo posterior de la capsula interna, lemnisco medial y decusa-ción de los pedúnculos cerebelosos superiores.

La flecha ( ) indica un quiste del plexo coroideo.


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CEREBRO NORMAL DEL NEONATO

Difusión Mapa ADC

Baja intensidad en la sustancia blanca frontal profunda en la difusión.

Alta intensidad en la sustancia blanca en el mapa de coeficiente de difusión aparente.

Estos cambios parecen reflejar una combinación de factores como el agua total, maduración celular y mie-linización de la sustancia blanca.

MUJER DE 35 AÑOS CON ESCLEROSIS MÚLTIPLE Y DEBILIDAD DE MIEMBROS INFERIORES

Placa con hiperintensidad en T2 Placa con hiperintensidad en difusiónPlaca con hipointensidad en T1

Valor del mapa ADC 1.2x10-3 mm2/sEste valor se calcula colocando un roi (O)

a la lesión

Secuencia exponencial en la cual a la difusión se le resta el efecto T2 demos-trando que no se trata de una isquemia aguda por lo que no hay restricción de la difusión y la hiperintensidad de la lesión en la difusión es por el efecto T2.


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MUJER DE 45 AÑOS CON CONVULSIONES CAUSADAS POR UN ASTROCITOMA ANAPLÁSTICO

Lesión con hemorrágia, se observa hiperintensidad en T1

Secuencia de Difusión, la lesión es hiperintensa

Secuencia en T2 con lesión hiperintensa

Mapa ADC que muestra a la lesión con hiperintensidad de

señal

Secuencia exponencial que no muestra la hiperintensidad de la difusión, indicando que no se trata de una isquemia y la hiperintensidad que se observa en difusión corresponde al brillo de un astrocitoma anaplásico por su efecto T2.

Valor del ADC0.98 - 1.35x10-3 mm2/s

VARÓN DE 56 AÑOS CON HEMIPARESIA DERECHA POR INFARTO AGUDO

Flair

Difusión

T2 (bo)

Exponencial

T1

Mapa ADC0.27-0.45x10-3 mm2/s

Infarto agudo el cual mues-tra hiperintensidad en difu-sión, hipointensidad en el mapa ADC y mantiene hi-perintensidad en exponen-cial demostrando restric-ción de la difusión, su señal es menos intensa que en la secuencia de difusión por haber sustraído el efecto T2 del infarto.


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DIFUSIÓN: LAVADO DEL T2

Lavado del T2: mujer de 45 años con hipertensión, convulsiones y encefalopatía posteriormente reversible.

• Las imágenes isointensas en difusión son el resultado del balance entre la hiperintensidad de las imágenes en T2 y el incremento del mapa ADC.

• No hay reportes de patologías que sean isointensas en difusión causadas por hipointensidad en T2 y disminución del mapa ADC.

Con la fuerte hiperintensidad en T2 uno esperaría mayor señal en la difusión, pero el efecto del brillo del T2 es reducido por el mapa ADC, resultando así un balance entre la difusibilidad y la hiperintensidad del T2.

Flair DifusiónT2 Mapa ADC

Valor de ADC1.18-1.38x10-3 mm2/s

T2 BLACKOUT

Varón de 62 años con adenocarcinoma de pulmón con metástasis.

• La hipointensidad en difusión es causada por la hipointensidad en T2 y es típico en hematomas.

T2 Mapa ADCT1 + gadolinio Difusión

Captación del contraste de la metástasis

Muestra hipointensidad marcada por el sangrado de la

metástasis

Valor del ADC a nivel central: 1.63-2.35 x 10-3 mm2/s

Valor del ADC a nivel periférico:1.13-1.38 x 10-3 mm2/s

La hipointensidad de la masa en difusión es debido al incremento de la difusibilidad y la hipointensidad en T2, la isoin-tensidad en difusióndel edema circundante es debido a un balance entre la difusibilidad y la hiperintensidad del T2 (wash out).


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ARTEFACTOS DE SUSCEPTIBILIDAD

Difusión en plano axial

Difusión en plano sagital Mapa ADC en plano sagital

Difusión en plano coronal

Cambian de tamaño, y el agua extracelular pasa al intracelular, esto ocasiona disminución de la señal en el mapa ADC.

Artefactos por aire de las celdillas mastoideas

( ) Infarto pontino agudo hipertenso en difusión e hipointenso en el mapa ADC

( ) Flecha roja: Artefactos por el aire de las celdillas etmoidales

( ) Flecha Azul: Artefactos por el aire del seno esfenoidal.

EDEMA CEREBRAL

• Citotóxico y vasogénico: usualmente coexisten en infartos, encefalopatía hipóxico isquémica, trauma o esclerosis múltiple.

• Intersticial: hidrocefalo, intoxicación hídrica o hiposmolaridad plasmática.• La resonancia magnética convencional no las puede diferenciar, la difusión sí.• Edema citotóxico: es una absorción anormal de fluido en el citoplasma debido a una anormal osmoregulación.

Edema celular del Oligodendrocito

Edema celular de la neurona

Edema celular del astrocito

Oligodendrocito

Neurona

Astrocito

Llave intramielíticaVaina de Mielina


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EDEMA CITOTÓXICO

• Característicamente hiperintensidad en difusión e hipointensidad en el mapa ADC.• Mujer de 39 a con infarto hiperagudo (3h) con deterioro de conciencia que mejoró después de tx trombolítico.

Mapa ADCDifusiónT2

Penumbra isquémica: Zona susceptible a infartarse o a recuperarse.Las cabezas de flecha señalan el edema citotóxico, la flecha la zona de infarto

Se resolvió el edema cito-tóxico, se muestran las zo-nas de infarto con hiperin-tensidad de señal (flechas), ahora son notorias peque-ñas áreas del infarto que estaban dentro del área de la penumbra.

Difusión

Post tratamiento

ENCEFALOPATÍA HIPÓXICA ISQUÉMICA

• Rn a término de 2 días.

En T2 a veces es difícil reconocer áreas isquémicas en recién nacidos por su alto contenido de agua en el cerebro.

Mapa ADCDifusión

Zonas hiperintensas en difusión e hipoin-tensas en el Mapa ADC

(flechas blancas)

T2


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EDEMA VASOGÉNICO E INTERSTICIAL

• Es caracterizada por disfunción de la barrera hema-toencefálico, permitiendo el paso de proteinas, elec-trolitos y agua dentro del compartimento extracelular.

• Incremento de señal en el mapa ADC.

EDEMA VASOGÉNICO

• Típicamente ocurre circundante a tumores, hematomas, infartos, abscesos, contusiones.

• Las imágenes en difusión muestran baja intensidad de señal, isointensidad de señal o leve incremento de señal dependiendo del contraste T2 y el incremento en el mapa ADC, refleja el agua libre incrementada en el espacio extracelular.

TOXOPLASMOSIS CEREBRAL, MUJER DE 18 AÑOS CON CEFALEA

EDEMA VASOGÉNICO

Mapa ADCDifusiónT2

Las cabezas de flecha señalan eledema vasogénico

El edema vasogénico es hiperintenso en el mapa ADC.

LA NECROSIS CENTRAL ES PROBABLE-MENTE DEBIDO A HIPERVISCOSIDAD DE

LA NECROSIS COAGULATIVA

ConclusiónEn conclusión el edema citotóxico o edema celular es hiperintenso en difusión y disminución de señal en el mapa ADC y el edema vasogénico es variable en difusión y de señal incrementada en el mapa ADC.

Vaso

Edema vasogénico Edema intersticial

Ventrículo


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DifusiónFlairCASO 1:

INFARTO

• Es la mejor técnica para diagnosticar infarto cerebral hiperagudo.

• Permite distinguir un infarto agudo en personas mayores que tienen eventos isquémicos previos.

Mapa ADC

DifusiónFlair

En estos dos pacientes con infarto agudo, la lesión no es muy evidente en Flair y es hiperintensa en Difusión e hipoin-tensa en el Mapa de ADC.

CASO 2:

COEFICIENTE DE DIFUSIÓN APARENTE

• Para cuantificar el grado de movimiento del agua es necesario procesar las imágenes de difusión y obtener mapa del denominado “coeficiente de difusión aparente” (ADC).

• Al contrario de las imágenes de difusión, las zonas con restricción del movimiento de agua tendrán valores bajos de ADC y aparecerán como áreas de hipointensidad de señal en éstos mapas.

• El mapa ADC es usado para determinar si la señal anormal de la difusión es causado por restricción de la difusión o se debe al efecto brillante del T2, como en los infartos subagudos o crónicos.

• El mapa ADC representa el grado de difusibilidad de la molécula de agua.


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T2

Difusión

Espectroscopía

Infarto agudo en la difusión es hiperintenso y hipointenso en el mapa ADC, la espectroscopia muestra doble pico inver-tido en 1.33 ppm con TE 144 ms. en relación con lactato que se observa en isquemias.

O : lactato

Flair

Mapa ADC


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Mapas de ADC en un paciente con oclusión de arteria cerebral media derecha.

Comportamiento de la hipointensidad de señal de un infarto agudo en el mapa ADC, su mayor hipointensidad esta en el día 2 a 3, luego tiende a la normalización después del día 10.

Día 1

Día 6

Día 2

Día 10


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INFARTO HIPERAGUDO <6h

T2

Mapa ADC

Flair

Difusión

Imagen 3 días después de tratamiento fibrinolítico, la hiperintensidad corti-cal está casi resuelta con pequeños infartos.El edema citotóxico tem-prano con leve disminu-ción en el mapa ADC no siempre termina en infarto luego del tratamiento.

( ) Infarto

( ) Edema

( ) Infarto( ) Edema

INFARTO AGUDO (6h a 3 días)

T2 Difusión Mapa ADC

El infarto es hiperintenso

• Varón de 56 años con 24 horas después de los síntomas.


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INFARTO SUBAGUDO (3 días - 3 semanas)

Mujer de 19 años, 10 días después de pérdida de conciencia debido a embolismo cerebral por cirugía cardiaca.

T2 DifusiónT1 con gadolinio Mapa ADC

La disminución del ADC en la sustancia blanca puede reflejar edema de la envoltura de la mielina o de los axones (flechas)Cabeza de flechas ( ): Señalan zonas isquemicas múltiples atribuible a embolismo.

• Pseudonormalización en el mapa ADC.

• La hiperintensidad en difusión decrece durante 1 a 2 semanas, pero permanece levemente hiperintensa, mientras que el mapa ADC es normalizado dentro de los 10 días.

INFARTO CRÓNICO

Flair

Aumento del brillo en mapa ADC y disminución en difusión.

Difusión

Se observa gliosis perilesional y pérdida de volumen lo que ocasiona el agranda-

miento del ventrículo lateral derecho.

Mapa ADC


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INFARTO DE PEQUEÑOS VASOS

DifusiónT2 Mapa ADCFlair

Infartos agudos: Son hiperintensos en difusión e hipointensos en el mapa ADC.Usualmente ocurren en ganglios basales, cápsulas internas, amígdalas y corona radiada.

PACIENTE CON PÉRDIDA DE MEMORIA DE 10 a.m. a 10 p.m.

T2

Difusión coronal

Focos de isquemia aguda en hipocampos (flechas).

Difusión axial

Flair


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HEMATOMA HIPERAGUDO

• Oxihemoglobina. Esta dentro de los glóbulos rojos intactos.

• T1: iso o hipointenso debido a su contenido proteínico.

• T2: levemente hiperintensa debido a su alto contenido de agua.

• Difusión: alta mapa ADC: baja.

• Las posibles causas de la señal baja en el mapa ADC son contracción espacio extracelular por retracción del coágulo, cambios en la concentración de la hemoglobina y alta viscosidad.

Hemorragia hiperaguda mujer de 72 años con hemiparesia derecha de 30 horas

Difusión

Difusión

Hiperintensidad en difusión

Imágenes que muestran un infarto agudo, a los 30 minutos de haber empezado el examen de resonancia (dentro del equipo) presenta un evento hemorragico hiperagudo.

Cabeza de flecha : desoxihemoglobinaflecha : oxihemoglobina

Baja señal en el mapa ADC

Mapa ADC

Mapa ADC


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T2 T1

Metahemoglobina:Cabeza de flecha

Las medidas del mapa ADC no son confiables por el efecto

de susceptibilidad

desoxihemoglobina +metahemoglobina

Difusión Mapa ADC

HEMATOMA AGUDO

HEMATOMA SUBAGUDO TEMPRANO

• Hay gradual desaturación del oxígeno de oxihemoglobina a desoxihemoglobina.• Desoxihemoglobina se muestra hipointensa en T2.• Iso o hipointensidad en T1.• Gradiente es más sensible que difusión.• Las imágenes en difusión son marcadamente hipointensas por inhomogeneidad del campo magnético

creada por el efecto paramagnético de la desoxihemoglobina. Mapa ADC: hipointensa.

• Metahemoglobina.• T1:hiperintensa. T2: marcada hipointensidad. Difusión: hipointensidad debida al efecto paramagnético.

Mapa ADC: no es confiable por el efecto de susceptibilidad.

HEMORRAGIA SUBAGUDA TARDÍA

• Se daña la membrana celular del glóbulo rojo y así la metahemoglobina intracelular pasa al extracelular, habrá un dilución de la metahemoglobina paramagnética en el espacio extracelular reduciendo su sus-ceptibilidad.

• T2: hiperintenso por el contenido de agua.• T1: hiperintenso.• difusión: hiperintenso / mapa ADC: controversial

Hematomas crónicos• Ferritina/hemosiderina.• Difusión: hiperintensas. Mapa ADC: dificil medición por artefactos de susceptibilidad magnética, valores

aumentados han sido reportados


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Hemorragia subaguda tardía – crónica. Varón de 52 años con cefalea e hipertensión crónica. Evaluado 2 meses después.

T2

bo

T1

Mapa ADC

Flecha: metahemoglobina extracelular

Difusión

Gradiente coronal

EPILEPSIA, MUJER DE 60 AÑOS CON CONVULSIONES GENERALIZADAS, 24 HORAS DESPUÉS DEL EVENTO

T2 Flair


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Difusión

Edema vasogénico leve, las lesiones se resolvieron en 20 días.

Se observaron lesiones hiperintensas en T2 y Flair (flechas), no se observan en la secuencia de difusión.

Mapa ADC

ESCLEROSIS MÚLTIPLE

T2 Difusión

Niña de 13 años, con debi-lidad del lado derecho del cuerpo y disartria.Mapa ADC: representa placa citotóxica aguda.

Mapa ADC

ESCLEROSIS LATERAL AMNIOTROFICA

• Afecta a pacientes en edad media con debilidad muscular progresiva, atrofia troncal asociado a signos y síntomas bulbares, la enfermedad progresa a la muerte dentro de los 3 años.

• RM: alta señal en T2 en la vía piramidal, cápsula interna y pedúnculos cerebelosos.

Coronal T2 Coronal Flair Mapa ADC Tensor de difusión

Disminución de la anisotropía a lo largo del tracto corticoes-pinal

Tensor de difusión en plano coronal con mapa de color muestra disminución de la anisotropía a lo largo de los tractos corticoespinales bilateralmente.


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LEUCOENCEFALOPATÍA POR METHOTREXATO

ABSCESO

T2

Difusión: En la difusión los abscesos son típicamente hiperintensos.

T1 con gadolinioRealce grueso periférico

Perfusión: hipoperfundido(no hay coloración dentro de la

lesión)

Mapa metabólico de colina rojo (no coincide con el color de la lesión)

Mapa de ADC

Mapa metabólico de lípidos y lactato coincide el color rojo con la lesión, in-dica aumento del lactato por glicólisis

anaeróbica

Difusión Mapa ADC

Las zonas hiperintensas en difusión e hipointensas en el mapa ADC represantan edema intramielínico.


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ESPECTROSCOPÍA A NIVEL DE LA LESIÓN

Espectroscopía convencional Espectroscopía avanzadaCurva de succinato (2.4 ppm)

Espectroscopía avanzadaAMINOÁCIDOS EITOSÓLICOS (0.9 ppm)

Espectroscopía avanzadaACETATO (1.92 ppm)

ABSCESOS

• Los abscesos tempranos son homogéneos e hiperintensos en difusión e hipointensos en el mapa.

• En los estadios crónicos la difusión sigue siendo hiperintenso y el mapa se incrementa.

• Una posible explicación de la alta señal de los abscesos es la restricción de la movilidad del agua debido a la visco-sidad de la necrosis coagulativa y la hipercelularidad de los neutrofilos polinucleados de la pus.

• En los abscesos podemos encontrar los siguientes metabolitos:

1. En 0.9 ppm los aminoácidos eitosólicos.2. En 1.92 ppm acetato.3. En 2.4 ppm succinato.4. En 2.6 ppm aspartato.


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GLIOBLASTOMA MULTIFORME

EMPIEMA SUBDURAL

Mujer de 28 años con en-fermedad de Crohn con tratamiento prolongado con corticoides, con múl-tiples abscesos en núcleos estriados.

T2

T2

Difusión

T1 con gadolinio

T1 con gadolinio

Difusión

Difusión

El tumor es hipointenso en difusión

Empiema hiperintenso en difusión

Mapa ADC

Mapa ADC


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EPIDERMOIDE

T2

T2

T2

T1 Fat Sat gadolinio

T1 con gadolinio

T1 con gadolinio

Los quistes epidermoides son típicamente hiperintensos en difusión en cambio los quistes aracnoideos son hipointensos.

Difusión

Difusión

Difusión

Quiste aracnoidéo tipicamente hipointenso en difusión, en el presente caso se observa un quiste aracnoideo temporal izquierdo.

La cisticercosis racemosa es hipointensa en difusión.

Mapa ADC

T2

T2

QUISTE ARACNOIDEO

CISTICERCOSIS RACEMOSA


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T2 T1 con gadolinio Difusión T2

TOXOPLASMOSIS

LINFOMA

LINFOMA

• Abscesos por toxoplasma consisten en necrosis isquémica del cerebro, asociados con endoarteritis esclerosante y reacción inflamatoria.

• Hay necrosis central, esto es ocasionalmente licuefactiva presumiblemente por hipoxia o apoptosis de células tu-morales.

• La lesión se muestra hiperintensa en difusión y la necrosis central hipointensa.• En el mapa ADC la señal es relativamente baja debido a la hipercelularidad de los linfomas.

Varón de 23 años inmunocomprometido

T2 T1 con gadolinio

Captación periférica con el contraste Componente sólido hiperintenso y com-ponente necrótico hipointenso

Difusión


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LESIÓN AXONAL DIFUSA

DIFUSIÓN EN TUMORES

TUMORES DE ALTO GRADO

VALORES DE ADC

GLIOBLASTOMA MULTIFORME

• Pueden diferenciar entre tumor e infección

• Pueden proporcionar información acerca de la celularidad del tumor, de tal modo ayudando en la caracterización y la clasificación de tumores cerebrales.

• La señal de los gliomas es variables en difusión, dependen de su T2 y sus valores de ADC.

• Típicamente hiperintensos en difusión y baja señal en el mapa.

• La alta celularidad del tumor es el mejor determinante de la disminución de valores del ADC.

• La diferencia entre metástasis y tumores de alto grado es difícil.

• Se ha reportado que los linfomas tienen menor ADC.

• LINFOMA: 0.51-0.71X10-3 mm2/s

• GLIOMAS DE ALTO GRADO: 0.58-0.89X10-3 mm2/s

T2 Flair coronal

Representa edema citotóxico.Lesiones hipointensas en gradiente en la unión de la sustancia blanca con la gris.

Gradiente en plano coronal Difusión

Tomografía Axial Computarizada Flair T1 con gadolinio


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ASTROCITOMA PILOCITICO

OLIGOASTROCITOMA DE BAJO GRADO

Difusión Mapa ADC

DIFUSIÓN: CABEZA DE FLECHA: AREA QUÍSTICA O NECRÓTICAMAPA ADC: 0.74-0.85 X 10-3 mm2/s

Hay realce de un nódulo sólido dentro de la lesión quística

Valor del ADC 1.18X10-3 mm2/s

Valor del ADC 0.98-1.19X10-3 mm2/s

T2 T1 con gadolinio Difusión Mapa ADC

T2 T1 con gadolinio Difusión Mapa ADC


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MENINGIOMA BENIGNO

LINFOMA

T2

T2

T1 con gadolinio

T1

Difusión

Difusión

T1 con gadolinio

Mapa ADC

Mapa ADC

Valor del ADC0.73-0.78X10-3 mm2/s

Valor del ADC0.51-0.71X10-3 mm2/s

Los meningiomas presentan un realce homogénico e intenso luego del contraste.

Los linfomas tipicamente tienen bajo valor del ADC (hipointensos en esta secuencia).

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