Brain perfusion and resting state functional connectivity evaluated with magnetic resonance imaging. Application to Parkinson's disease

Resumen

Arterial spin labeling (ASL) es una técnica de imagen de perfusión por resonancia magnética (RM) no invasiva que utiliza el marcado electromagnético del agua de la sangre arterial como trazador endógeno para obtener medidas cuantitativas de la perfusión en el tejido. ASL tiene un amplio abanico de aplicaciones gracias al estrecho acoplamiento entre el flujo sanguíneo cerebral (FSC) y la actividad neuronal. La limitación más importante de ASL es su baja relación señal-a-ruido (SNR). Por ello, mejorar la SNR de ASL ha sido uno de los objetivos primordiales desde su origen. El estudio de la conectividad funcional (FC) cerebral durante el estado de reposo puede proporcionar nuevos conocimientos sobre la forma de comunicación y organización del cerebro. Hoy en día, la técnica basada en contraste BOLD es la más utilizada en los estudios de FC por RM. El uso de ASL como técnica de neuroimagen funcional ofrece la posibilidad de obtener simultáneamente medidas del FSC y de la FC. ASL puede proporcionar, en una única adquisición, una medida de la perfusión basal por medio de un mapa de FSC medio, así como una medida de FC, en unidades fisiológicas de FSC. Asimismo, cuando se emplean secuencias ponderadas en T2* en la adquisición, los datos originales de ASL también reflejan una señal concurrente de BOLD (ccBOLD) que puede ser a su vez utilizada para evaluar la FC. Estos motivos hacen de ASL una alternativa interesante con potencial en estudios de FC por RM durante reposo. La enfermedad de Parkinson (EP) es la enfermedad neurodegenerativa más frecuente después de la enfermedad de Alzheimer. Aunque clásicamente definida como un trastorno de movimiento, múltiples estudios han observado síntomas adicionales no relacionados con el sistema motor, como deterioro cognitivo y trastornos del comportamiento. El tratamiento más empleado en la EP es farmacológico. El objetivo de este tratamiento es paliar los síntomas motores, fruto de la depleción de dopamina en los ganglios basales. Sin embargo, la influencia de la medicación en la cognición es aún debatida y los estudios que evalúan sus efectos en la perfusión cerebral son escasos. EL objetivo principal de la tesis consistió en la optimización y evaluación de técnicas de ASL para medir perfusión y FC durante el estado de reposo. Las técnicas optimizadas se emplearon para analizar los efectos de la terapia dopaminérgica en la perfusión cerebral en la EP. Específicamente,se investigó el comportamiento de distintas secuencias de lectura para dos de las principales aplicaciones de ASL: la evaluación de la perfusión cerebral y la monitorización de la actividad funcional cerebral. Con este fin, secuencias de lectura de tipo tanto single-shot como multi-shot fueron implementadas, en combinación con un esquema optimizado de supresión de tejido estático y un esquema optimizado de marcado arterial pseudo-continuo y su SNR asociada fue medida con el objetivo de determinar la secuencia de lectura óptima para cada aplicación. Se demostró también la capacidad de ASL para ser utilizada en estudios de FC por RM durante reposo.Para ello evaluamos la semejanza entre las redes obtenidas a partir de datos de FSC y ccBOLD y las obtenidas a partir de BOLD en un grupo de controles, así como la fuerza de las correlaciones encontradas y la amplitud de las fluctuaciones de las señales. Además,evaluamos la reproducibilidad de las redes obtenidas en distintas sesiones, tanto a nivel individual como de grupo, así como la reproducibilidad de los valores de conectividad y la amplitud de las fluctuaciones. Finalmente, se empleó ASL para estudiar la modulación de la perfusión cerebral con la administración de medicación dopaminérgica en pacientes de EP. Con este objetivo, se adquirieron mapas promedio de FSC en estados de ON y OFF en un grupo de pacientes de EP, no discinéticos y con respuesta positiva a a la medicación, durante reposo, y se evaluaron y cuantificaron los cambios locales en perfusión entre los dos estados.