Aplicación de paradigmas multitarea en Resonancia Magnética funcional. Dra. Ana M. Granados S. Dra. Sara Y. Rodríguez T. Ing. Juan F. Orejuela Z.

Objetivos Validar los resultados del paradigma multitarea comparado con los obtenidos en los paradigmas independientes. Describir el impacto de la aplicación de este tipo de paradigmas como alternativa para la optimización de recursos.

Introducción RMf (BOLD) RMf basada en tareas. RMf - reposo. Evaluación y planeamiento de abordaje quirúrgico. RMf basada en tareas. RMf - reposo. La RMf es un estudio que permite mapear áreas cerebrales específicas a partir de la alteración del campo magnético producido por el cambio local de concentración de la desoxihemoglobina como consecuencia de la variación del flujo sanguíneo en las regiones cerebrales que se utilizan para la ejecución de cierta tarea.

Resonancia Magnética funcional RMf Tareas RMf Reposo A Análisis GLM Análisis ICA ¿? En la técnica basada en tareas existe una señal de entrada que esta asociada al estímulo o paradigma que se le presenta al sujeto según las funciones cerebrales que se desean evaluar. Los protocolos convencionales incluyen un paradigma para cada función. Este tipo de técnica se analiza según el GLM donde se modela la respuesta hemodinámica teniendo en cuenta las características temporales del paradigma. A diferencia de la RMf basada en tareas, en la técnica de reposo no se realiza ninguna tarea durante la adquisición ni se envían estímulos al sujeto. En este proceso no existe un modelo, solo una señal de entrada que se asume es la combinación de múltiples señales con características espaciales y temporales específicas que permitirá su descomposición y caracterización a través de un análisis de componentes independientes. En los resultados de la RMfT se obtiene un solo componente con las regiones cerebrales cuyo comportamiento temporal es similar al del modelo establecido. Por su parte, en la RMfR se obtienen múltiples componentes a partir del análisis ICA, donde se identifican las señales que están asociados a procesos mentales teniendo en cuenta el comportamiento temporal y el espectro de frecuencia. El mayor reto del análisis ICA es relacionar los componentes extraídos a procesos mentales. Resultados Resultados

Resonancia Magnética funcional RMf Tareas RMf Reposo RMf Multitarea A A B C D Análisis GLM Análisis ICA Análisis ICA En la RMf multitarea lo que se pretende es tener múltiples señales de entrada combinadas en un solo paradigma que será procesado mediante el análisis de componentes independientes donde se podrán extraer los mapas de activación cerebral asociada a cada tarea teniendo en cuenta el modelo temporal de las señales iniciales, el espectro de frecuencia y el mapa de activaciones. Resultados Resultados Resultados A B C D

Material y métodos 20 sujetos, 10 hombres y 10 mujeres entre 25 y 55 años de edad, 17 diestros y 3 zurdos. Criterios de exclusión: condiciones clínicas o personales que pudieran alterar las funciones cerebrales del sujeto o los resultados de la resonancia funcional.

Diseño de paradigma multitarea Tareas. Motor: Movimiento mano dominante. Visual: Caleidoscopio. Lenguaje: Lectura historia. Memoria: Reconocimiento de escenas.

Diseño de paradigma multitarea: TR. FMR Imaging. Scott A. Huettel. SINAUER.

Diseño de paradigma multitarea: Bloques (s). Maximizar eficiencia  máxima amplitud de señal BOLD. Bloques 10 – 20 s Mas cortos  bloque o ‘set’ Mas largos  ruido asociado al equipo. El tiempo de duración de los bloques fue escogido con el fin de maximizar la amplitud de la señal BOLD. A partir de la gráfica podemos observar que se alcanza la máxima amplitud con un tiempo superior a 10 s y que en diseños experimentales de bloques no se recomienda utilizar bloques superiores a 30 s ya que pueden asociarse a ruido de baja frecuencia. Experimental Design. Sonia Bishop. FMRIB.

Diseño de paradigma multitarea: Intervalos (s). Los intervalos entre bloques se sugieren utilizarse de la misma duración que el bloque de activación. Sin embargo, dadas las características del paradigma multitarea solo se estableció la condición de ser superior a 10 s con el fin de que la respuesta hemodinámica tuviera tiempo suficiente para retornar a la línea basal y obtener la máxima diferencia entre fases. FMR Imaging. Scott A. Huettel. SINAUER. Intervalos entre bloques de la misma tarea > 10 s HDR retorna a la línea basal  máxima amplitud de la señal BOLD

Diseño de paradigma multitarea. TR: 2 s Bloques: 12 s Intervalo mínimo entre bloques: 24 s Número de bloques mínimo: 4

Diseño de paradigma: Combinación de señales. A: Tarea visual. 14 bloques. B: Tarea motora. 7 bloques. La letra R hace referencia a bloques de reposo que se utilizaron con el fin de conservar las características temporales de cada señal. El número de bloques para cada tarea fue escogido teniendo en cuenta la complejidad de las mismas, entre mayor era la complejidad de la tarea, menor era el número de bloques. C: Tarea lenguaje. 5 bloques. D: Tarea memoria. 4 bloques.

Procesamiento Paradigma multitarea: Análisis de componentes independientes. HPF: Tiempo de un ciclo de estímulo D. Paradigmas convencionales: Análisis de primer nivel univariante (GLM). HRF doble gamma. Cluster, threshold 2.3 y p 0.01 HPF: Tiempo total de un ciclo (A+B). Featquery  Atlas Harvard – Oxford.

Resultados Los hallazgos mostraron que las activaciones cerebrales eran similares entre las dos técnicas, y que eran consistentes entre los sujetos. 3 estudios fueron descartados por artefactos metálicos y movimiento del sujeto >1.5 mm

TAREA VISUAL

TAREA VISUAL Patrón esperado Corteza lateral occipital.

TAREA MOTORA

TAREA MOTORA Patrón esperado Giro pre y post central. Activaciones cerebelares ipsilaterales al MS que se estaba utilizando.

TAREA LENGUAJE

TAREA LENGUAJE Patrón esperado Activación en el lóbulo temporal. Coactivación de áreas visuales por la naturaleza del paradigma.

TAREA MEMORIA

TAREA MEMORIA Patrón esperado

S1vs. S2 Tiempo de adquisición ↓↓ 39,82 % S1= 28 min, S2 = 16 min Tiempo de procesamiento ↓↓ 68,56 % S1 = 42 min, S2 = 13 min Tiempo total / estudio ↓↓ 57,39 % S1 = 75 min, S2 = 32 min Número imágenes Almacenamiento  ↓↓ 54,3 % Tiempo de transferencia  ↓↓ s % Consideraciones: Tiempo de adquisición  Tiempo desde el localizador hasta la última secuencia funcional. Tiempo de procesamiento  Tiempo desde la conversión NIFTI -> DICOM hasta la generación de LAYOUTS. Tiempo total  TA + TP Consideraciones adicionales (almacenamiento y tiempo) aproximadas a partir del número de imágenes raw data y del número de archivos resultantes del procesamiento.

CONCLUSIONES Activaciones consistentes entre diferentes sujetos control y en comparación con los estudios funcionales tradicionales. Grandes ventajas: Reducción en tiempos de adquisición y procesamiento  Optimización de recursos. El reto a futuro es lograr aplicar este nuevo paradigma en la práctica clínica.

CONCLUSIONES Los paradigmas multitarea permiten realizar estudios de RMf mas rápido que las técnicas convencionales y pueden ser útiles en pacientes que, por su condición clínica, no toleran tiempos excesivos en el escaner.

Productos Académicos LV Congreso Colombiano de Radiología, Cartagena, Colombia, 2015. Premio TOP Medical Systems, TOSHIBA. Premio ‘Asociación Colombiana de Radiología’, 3er puesto. European Congress of Radiology, Vienna, Austria. 2016. Oral presentation. Artículo para revista indexada en proceso.