Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Imágenes de la Enfermedad Hepática Mediante Ondas Transversales

Thursday, August 28, 2008

Elastografía por resonancia magnética puede detectar fibrosis hepática. Línea superior: Imágenes convencionales de resonancia magnética de dos pacientes diferentes fallan en mostrar la presencia de fibrosis hepática. Línea central: Ondas acústicas son generadas en el abdomen con un dispositivo de control e imágenes de las ondas tomadas con una técnica especial de IRM capaz de obtener imágenes de ellas. Línea inferior: Las imágenes de las ondas son procesadas para generar imágenes cuantitativas mostrando la dureza del tejido (elasogramas). El paciente a la derecha tiene una dureza de hígado notablemente elevada, con un promedio de 7 kilopascales, indicando la presencia de fibrosis hepática moderadamente avanzada. El paciente a la izquierda tiene una dureza hepática normal de aproximadamente 2 kilopascales. Imagen cortesía de Richard Ehman.

Magnetic resonance elastography can detect liver fibrosis. Top row: Conventional MR images of two different patients fail to show the presence of liver fibrosis. Center row: Acoustic waves are generated in the abdomen with a driver device and imaged with a special MRI technique that is able to image the waves. Bottom row: The wave images are processed to generate quantitative images showing the stiffness of tissue (elastograms). The patient on the right has a markedly elevated liver stiffness, averaging 7 kiloPascals, indicating the presence of moderately advanced liver fibrosis. The patient on the left has a normal liver stiffness of approximately 2 kiloPascals. Image courtesy of Richard Ehman.

Las biopsias hepáticas, aunque rápidas y casi indoloras, ocasionan ansiedad en muchos pacientes. La inserción de una aguja para extraer una pequeña muestra de tejido hepático es una cirugía menor, y conlleva el riesgo de raras pero serias complicaciones. Pero para los 170 millones de individuos en el mundo que viven con hepatitis C crónica, una causa mayor de la enfermedad hepática, las biopsias pueden ser necesarias para detectar el desarrollo de fibrosis o cicatrización del tejido hepático, lo cual puede dañar la función hepática.

Muchas otras enfermedades causan también fibrosis hepática, a menudo sin ningún síntoma. Si el daño hepático continuo no se diagnostica y detiene durante el tratamiento, puede progresar hacia cirrosis, una condición irreversible en la que el hígado deja de funcionar.

Sin embargo, las biopsias sólo proveen información acerca de una área del hígado. Si la fibrosis no está distribuida uniformemente en el órgano, la muestra puede sobrestimar o desestimar el grado real de la enfermedad. La toma de imágenes se usa también para diagnosticar enfermedades en el hígado, pero las tecnologías estándar de imágenes médicas no son lo suficientemente sensibles para diagnosticar la fibrosis.

Para superar estas limitaciones, el Dr. Richard Ehman, profesor de radiología en la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota, y sus colegas han desarrollado una nueva técnica de imágenes que da información precisa acerca de la dureza o elasticidad del hígado. Su enfoque no-invasivo, llamado elastografía por resonancia magnética (ERM), utiliza una técnica especial de imágenes por resonancia magnética (IRM) para capturar fotos de ondas transversales, un tipo especial de onda sonora, al irse moviendo estas a través del tejido. La tecnología crea “elastogramas” o imágenes que muestran la dureza del tejido.

“Por siglos, los médicos han usado el tacto simple como técnica poderosa de diagnóstico para detectar tumores y otras anormalidades en regiones accesibles del cuerpo”, comenta el Dr. Ehman. “Dicha técnica, a la cual se le llama palpación, puede usarse en ocasiones para detectar la presencia de enfermedad hepática avanzada ya que un hígado cirrótico se endurece mucho. La ERM permite una medición sensitiva de los cambios en la dureza del tejido hepático que indica la presencia de fibrosis temprana, de tal manera que se puede diagnosticar la condición con certeza y dar el tratamiento antes de que la enfermedad avance hacia una cirrosis irreversible”.

 

Mejorando la IRM

Para generar ondas transversales dentro del hígado, el equipo de Ehman desarrolló un instrumento vibrador plano parecido a un tambor que se coloca contra la pared abdominal. Una técnica novedosa de IRM desarrollada en la Clínica Mayo captura imágenes de las ondas, las cuales son analizadas con un algoritmo o conjunto de ecuaciones matemáticas desarrolladas especialmente para el proceso de ERM. El algoritmo interpreta las imágenes de las ondas en un mapa cuantitativo de la dureza del tejido. Debido a que sólo toma 15 segundos el obtener imágenes para el elastograma, un estudio de ERM se vuelve de manera transparente en un examen de IRM convencional del abdomen.

Varios grupos están estudiando otros enfoques para obtener imágenes de la dureza del tejido. Investigadores en Europa han desarrollado un método que mide el movimiento de las ondas transversales en el tejido utilizando imágenes por ultrasonido. Investigadores de la Universidad de Duke están investigando una técnica no-invasiva para imágenes del hígado llamada radiación acústica por impulso de fuerza.

“Yo pienso que las tecnologías de elastografía cuantitativa, basadas en IRM o en ultrasonido, tienen gran potencial de ayudar en el cuidado del paciente”, dice Ehman. “Es muy probable que cada una de ellas encuentre aplicaciones clínicas específicas que aprovechen al máximo sus características únicas”.

 

Monitoreo de Enfermedad Hepática y Tumores

La Clínica Mayo ha estado utilizando la ERM para el cuidado de pacientes desde principios del 2007, con más de 600 estudios de pacientes realizados en instalaciones en Minnesota, Arizona, y Florida. Dicha técnica se está utilizando también para investigación en el Centro de Cáncer M.D. Anderson de la Universidad de Texas en Houston, la Universidad de Wisconsin en Madison, la Universidad de California en San Diego, y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.

Además de monitorizar el desarrollo de la fibrosis, Ehman y su equipo han utilizado la ERM para caracterizar tumores hepáticos, los cuales son por lo general mucho más duros que el tejido normal. Sus resultados mostraron que los tumores malignos eran más duros que los tumores benignos y que el tejido hepático normal. Basados en sus hallazgos, el equipo está buscando una ERM tridimensional para perfeccionar la técnica de manera que la información se represente con mayor precisión en el elastograma.

 

Nuevas Posibilidades

A pesar de que Ehman y su equipo probaron inicialmente la ERM en el hígado, se están llevando a cabo estudios adicionales de cerebro, mama, riñón, y próstata. “El objetivo era crear una tecnología de imágenes con aplicaciones muy diversas”, comenta él. En el caso del cerebro, los investigadores teorizan que las enfermedades como la de Alzheimer pueden afectar las propiedades mecánicas del cerebro. Estudios de imágenes con ERM podrían ayudar a caracterizar las lesiones cerebrales asociadas con la Alzheimer. Los estudios con ERM podrían también ser útiles para entender los mecanismos del trauma cerebral.

Ehman señala que el medir las propiedades mecánicas de un tejido tales como la dureza puede también ayudar a incrementar nuestro entendimiento de lo que causa la enfermedad. “Los investigadores están empezando a entender las vastas maneras en que el ambiente mecánico afecta el comportamiento celular”, afirma él. Se ha demostrado que la dureza anormal en el tejido contribuye al desarrollo de un cierto número de enfermedades, desde fibrosis hepática hasta cáncer.

“La ERM abre una nueva ventana hacia nuestro entendimiento de la biología tumoral”, afirma la doctora Vivian Lee, profesora de radiología, fisiología, y neurociencias así como vice-presidenta ejecutiva y funcionaria científica principal del Centro Médico Langone en la Universidad de Nueva York. “Tenemos ahora una herramienta para empezar a entender a nivel molecular cómo y por qué la fibrosis y la dureza incrementada se desarrolla como una propiedad de los tumores”.

Ehman añade “Apenas hemos rascado la superficie de lo que se puede hacer. La ERM nos permitirá empezar a explorar algunas de estas nuevas áreas y tener acceso a todo un nuevo rango de biomarcadores de imágenes no explorados”.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

Venkatesh SK, Yin M, Glockner JF, Takahashi N, Araoz PA, Talwalkar JA, Ehman RL. MR elastography of liver tumors: preliminary results. American Journal of Roentgenology. 2008;190:1534–40.

Yin M, Woollard J, Wang X, Torres VE, Harris PC, Ward CJ, Glaser KJ, Manduca A, Ehman RL. Quantitative assessment of hepatic fibrosis in an animal model with magnetic resonance elastography. Magnetic Resonance in Medicine. 2007;58:346–53.

Yin M, Talwalkar JA, Glaser KJ, Manduca A, Grimm RC, Rossman PJ, Fidler JL, Ehman RL. Assessment of hepatic fibrosis with magnetic resonance elastography. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 2007;5:1207–13.

Kruse SA, Rose GH, Glaser KJ, Manduca A, Felmlee JP, Jack CR Jr, Ehman RL. Magnetic resonance elastography of the brain. NeuroImage. 2008;39:231–7.