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Year 9, Nº 37, July 2007 / Año 9, N° 37, Julio 2007

Determinación estadística de áreas cerebrales patológicas empleando tomografía por emisión de positrones.  Article N° AJ25-8


 

Vázquez, Manuel [1] ;Gil, Eduardo [2]; Gispert, Juan Domingo [3]; Lisbona, Antonia [4]; Trujillo, Francisco [5]; Moya, Francisco [2]

1Departamento de psicología experimental, Universidad de Sevilla.
2 PET Cartuja. Sevilla.
3 Institut d'alta tecnología. Barcelona
4 Sº de Medicina Nuclear. H.U. Virgen Macarena. Sevilla
5 Instituto de Especialidades Neurológicas. Sevilla .

Correspondence:

Profesor Dr. Manuel Vázquez
Dpto de Psicología Experimental
Facultad de Psicología
C/ Camilo José Cela s/n
41018. Sevilla
Spain
Tlf. 954556030
E-Mail: marrufo@us.es / petcartuja@supercable.es

Cita/Reference:
Vázquez, Manuel et al. Determininación estadística de áreas cerebrales patológicas empleando tomografía por emisión de positrones. Alasbimn Journal 9(37): July 20074. Article N° AJ25-8.
http://www2.alasbimnjournal.cl/journal/index.php?option=com_content&task=view&id=14&Itemid=29

 

Resumen

Los estudios de neuroimagen funcional permiten observar cuáles pueden ser las localizaciones de los diversos procesos neurofisiológicos que son la base de los procesos psicológicos como la memoria, atención, etc. Sin embargo, para un análisis científico y/o clínico de esta relación entre estructura y función es necesario desarrollar métodos de cuantificación que permitan la comprobación de las hipótesis planteadas empleando análisis estadísticos. En el presente trabajo presentamos un método que permite esta cuantificación y lo hemos comprobado tanto en un paciente como en un sujeto control. Los resultados obtenidos invitan a la aplicación del método tanto en estudios científicos como en la práctica clínica.

Palabras clave: PET, Normalización, SPM, Cognición.

Summary

Functional neuroimaging studies allow knowing the localization of the diverse neurophysiological processes that are the substrate of psychological processes like memory, attention… Nevertheless, in order to do a clinic or scientific analysis of the relation between function and structure is necessary to develop quantification methods to probe the established hypothesis using statistical analysis. In this work we present a method that allow the quantification. This one was used in one Alzheimer disease patient and in one healthy person. This previous results invite to the application of the method in scientific studies and in clinical practice.

Keywords: PET, Normalization, SPM, cognition.

Introducción

La Tomografía por Emisión de Positrones (PET-FDG) es una técnica de enorme interés en el estudio de la función normal y patológica del sistema nervioso humano [1 , 2 , 3 , 4 ]. Su alta resolución espacial permite la localización anatómica de los diversos procesos fisiológicos relacionados con la psicología del individuo [5 ]. Tanto para su uso en estudios de investigación básica, como para aplicaciones en la clínica diaria, resulta esencial la posibilidad de la cuantificación de los valores de la PET-FDG [6 ] . Existen trabajos previos que han demostrado la utilidad de esta clase de estudios contrastando la exploración SPECT con bases normativas [7 , 8 ]. Esta cuantificación en el caso de los estudios de investigación básica permitirá la comprobación mediante análisis estadístico de las hipótesis planteadas. En el caso de la clínica diaria, los valores obtenidos podrán ser comparados con valores baremados para detectar áreas con un posible funcionamiento patológico. El presente estudio va a comprobar la idoneidad de un protocolo de cuantificación (Quanti_pet) basado en SPM [9 ] para un caso que se presentó en el centro PET Cartuja y que mostraba a nivel visual una evidente hipoactivación de la región temporal izquierda. Se trataba por tanto de cuantificar si esa diferencia era estadísticamente significativa respecto de la media de una muestra control. Como mecanismo de control se realizó el mismo test pero sobre un sujeto que no presentaba ningún proceso patológico.

Material y métodos


Se realizó un estudio PET-FDG a 23 sujetos control (11 varones y 12 mujeres) (edad media: 53 ± 14) para establecer una muestra poblacional que emplearemos como norma comparativa. Todos estos sujetos fueron considerados sujetos control al no mostrar alteraciones en la exploración por resonancia magnética nuclear (RMN) o en el PET-FDG, así como por no presentar clínica conocida alguna.

Posteriormente se realizó una exploración PET-FDG a un varón que no se desvío más de una desviación típica de la media de la base normativa. El paciente mostró una acusada hipoactivación en la región temporal izquierda. También se obtuvo la exploración PET-FDG para una mujer que no mostraba ningún proceso patológico y de edad similar al paciente.

Una vez obtenidas las exploraciones se realizó la cuantificación mediante el uso de una rutina informática (Quanti_pet) del entorno Matlab-SPM, que nos proporcionó la medida de la actividad de 116 áreas del cerebro (tablas 1 y 2) [10 ,11 ,12 ] . La medición de la actividad se muestra en forma de porcentaje respecto a la actividad global del cerebro.

Posteriormente se calculó el valor medio y la desviación típica para las mediciones obtenidas para cada uno de los sujetos control empleados en la norma. Por último y en un posterior análisis se tipificaron los datos del paciente (valores Z) empleando la media y desviación típica de la citada norma [13 ].

Resultados

En la tabla 1 pueden observarse los valores tipificados de cuantificación del paciente para cada una de las 116 áreas evaluadas mediante la rutina Quanti_pet.

Tabla 1.
0,92
Precentral_R
-0,78
Cingulum_Ant_R
-0,21
Parietal_Sup_L
-3,87
Temporal_Inf_R
0,86
Precentral_L
1,25
Cingulum_Ant_L -3.38 Parietal_Inf_R
-3,59
Temporal_Inf_L
0,21
Frontal_Sup_R
-0,35
Cingulum_Mid_R
-0,82
Parietal_Inf_L
-1,04
Cerebelum_Crus1_R
-0,12
Frontal_Sup_L
0,77
Cingulum_Mid_L
-1,42
SupraMarginal_R
-0,06
Cerebelum_Crus1_L
0,58
Frontal_Sup_Orb_R
-1,96
Cingulum_Post_R
0,13
SupraMarginal_L
0,71
Cerebelum_Crus2_R
0,74
Frontal_Sup_Orb_L
0,44
Cingulum_Post_L -4,56 Angular_R
-0,21
Cerebelum_Crus2_L
-0,61
Frontal_Mid_R
1,87
Hippocampus_R -4,09 Angular_L
2,72
Cerebelum_3_R
-0,46
Frontal_Mid_L
2,53
Hippocampus_L
-2,00
Precuneus_R
1,60
Cerebelum_3_L
0,35
Frontal_Mid_Orb_R
0,75
ParaHippocampal_R
-1,11
Precuneus_L
1,33
Cerebelum_4_5_R
0,47
Frontal_Mid_Orb_L
1,47
ParaHippocampal_L
0,82
Paracentral_Lobule_R
1,03
Cerebelum_4_5_L
-0,10
Frontal_Inf_Oper_R 3,02 Amygdala_R
0,74
Paracentral_Lobule_L
0,35
Cerebelum_6_R
-1,19
Frontal_Inf_Oper_L
2,79
Amygdala_L
-0,52
Caudate_R
0,65
Cerebelum_6_L
-0,23
Frontal_Inf_Tri_R
-0,39
Calcarine_R
0,27
Caudate_L
0,78
Cerebelum_7b_R
-1,73
Frontal_Inf_Tri_L
0,10
Calcarine_L 3,38 Putamen_R
0,34
Cerebelum_7b_L
0,17
Frontal_Inf_Orb_R
-1,97
Cuneus_R
2,87
Putamen_L
1,62
Cerebelum_8_R
-0,71
Frontal_Inf_Orb_L
-0,45
Cuneus_L
2,51
Pallidum_R
1,36
Cerebelum_8_L
2,20
Rolandic_Oper_R
-0,70
Lingual_R
2,14
Pallidum_L
1,89
Cerebelum_9_R
1,71
Rolandic_Oper_L
-0,20
Lingual_L
0,19
Thalamus_R
2,25
Cerebelum_9_L
0,05
Supp_Motor_Area_R -3,16
Occipital_Sup_R 3,51 Thalamus_L
0,93
Cerebelum_10_R
0,88
Supp_Motor_Area_L
-0,35
Occipital_Sup_L
1,64
Heschl_R
0,75
Cerebelum_10_L
1,28
Olfactory_R
-4,43
Occipital_Mid_R
1,86
Heschl_L
2,93
Vermis_1_2
1,32
Olfactory_L
-2,56
Occipital_Mid_L
-0,11
Temporal_Sup_R
2,63
Vermis_3
-0,45
Frontal_Sup_Medial_R
-4,10
Occipital_Inf_R
0,28
Temporal_Sup_L
1,93
Vermis_4_5
-0,69
Frontal_Sup_Medial_L
-2,50
Occipital_Inf_L
-2,03
Temporal_Pole_Sup_R
1,93
Vermis_6
0,03
Frontal_Mid_Orb_R
-1,96
Fusiform_R
-1,90
Temporal_Pole_Sup_L
2,59
Vermis_7
-0,11
Frontal_Mid_Orb_L
-1,64
Fusiform_L -3,72 Temporal_Mid_R 3,99 Vermis_8
0,75
Rectus_R
1,79
Postcentral_R
-2,56
Temporal_Mid_L
3,96
Vermis_9
0,79
Rectus_L
1,96
Postcentral_L
-2,47
Temporal_Pole_Mid_R
3,08
Vermis_10
1,89
Insula_R
-2,83
Parietal_Sup_R
-0,80
Temporal_Pole_Mid_L
  
   
-0,15
Insula_L

  
  
   
  
   
Datos tipificados para el paciente. Los valores indicados en rojo reflejan las áreas que muestran hiperactivación respecto a la media muestral y las indicadas en azul las correspondientes a hipoactivación.

Como puede observarse, el sujeto mostró para algunas áreas un valor mayor a 3 (reflejadas en rojo en la tabla). Esto significa que se desvió más de tres desviaciones típicas positivas del valor norma o lo que es lo mismo que esta área tenía una mayor actividad PET en el paciente (hiperactiva respecto a la media poblacional). En otros casos, se observó un valor por debajo de –3, lo que refleja una hipoactividad de estas áreas en el paciente respecto a la media muestral.

Algunas de las áreas que han presentado hiperactivación fueron la amígdala y el putamen (hemisferio derecho), el tálamo (hemisferio izquierdo) y algunas regiones del vermis cerebeloso.

En el caso de las áreas con hipoactivación se observaron un gran número de ellas en el hemisferio derecho (región temporal media e inferior, giro angular, región parietal inferior, región occipital inferior, media y superior). También se observaron regiones hipoactivadas en el hemisferio izquierdo (giro angular y en la región temporal inferior). (Fig.1 y 2).

Figura 1. Representación en los tres planos de la exploración PET para el paciente. Se aprecia disminución del metabolismo de la FDG en ambas regiones parieto-temporales, más marcada en lado derecho.
Figura 1. Representación en los tres planos de la exploración PET para el paciente. Se aprecia disminución del metabolismo de la FDG en ambas regiones parieto-temporales, más marcada en lado derecho.

 

Figura 2. Representación 3D de la sustracción de los valores de cuantificación del paciente respecto del sujeto control. A) Valores negativos tras la sustracción que representan las áreas hipoactivas en el paciente frente al sujeto control. B) Valores positivos que representan hiperactivaciones del paciente frente al control. Se han representado todas las regiones que mostraban alguna diferencia distinta de cero. En la tabla 1 se reflejan cuáles fueron las áreas estadísticamente significativas respecto a la norma.
Figura 2. Representación 3D de la sustracción de los valores de cuantificación del paciente respecto del sujeto control. A) Valores negativos tras la sustracción que representan las áreas hipoactivas en el paciente frente al sujeto control. B) Valores positivos que representan hiperactivaciones del paciente frente al control. Se han representado todas las regiones que mostraban alguna diferencia distinta de cero. En la tabla 1 se reflejan cuáles fueron las áreas estadísticamente significativas respecto a la norma.

El estudio del paciente control, no reveló ni visual ni cuantitativamente alteraciones significativas. (Fig. 3)

Figura 3. Representación en los tres planos de la exploración PET para el sujeto sano. No se aprecian alteraciones en el metabolismo de la FDG en los cortes representados.
Figura 3. Representación en los tres planos de la exploración PET para el sujeto sano. No se aprecian alteraciones en el metabolismo de la FDG en los cortes representados.
 

Discusión

El primer resultado a destacar es que es posible gracias a la rutina Quanti_pet realizar una cuantificación de la actividad de diversas áreas del cerebro y poder realizar sobre ella posteriores cálculos estadísticos (p.e. tipificación de una variable).

En nuestro caso concreto, un paciente sobre el que se observa en la imagen de PET-FDG una hipoactivación de la región temporal ha confirmado posteriormente con la cuantificación que ésta se muestra también numéricamente.No obstante, el método de cuantificación permite observar que existen otras áreas con un valor menor de 3 en la tipificación que a lo mejor no serían consideradas en la inspección visual de la imagen PET-FDG. Entre estas están el giro angular o las hipoactivaciones del lóbulo occipital.

Al mismo tiempo que se confirma numéricamente lo que se observaba visualmente y se añaden algunos datos relevantes sobre las áreas hipoactivadas, también el método de cuantificación revela que existe una hiperactivación en otras áreas. Es el caso de lo que ocurre en estructuras como la amígdala o el putamen. Este resultado nos indica que la cuantificación numérica puede resultar muy interesante para observar posibles efectos de interrelación entre distintas áreas durante estados patológicos.

Un aspecto muy positivo de los resultados obtenidos es que al probar el mismo método de cuantificación ahora sobre un sujeto sano (tabla 2 ) no se observó en ninguna de las 116 áreas estudiadas una desviación superior a 2 o inferior a –2 desviaciones típicas respecto al valor norma.

Esto sugiere que el establecimiento de un baremo (considerar como patológico un valor mayor a +3 o menor de –3) proporciona un buen nivel de confianza en términos estadísticos. En este sentido y según Spiegel (1997), una desviación típica igual a ± 3 en una distribución normal sólo se obtiene para el 0.027% de los casos de una población. Parece por tanto bastante improbable que áreas consideradas patológicas por presentar valores mayores de 3 o menores de –3, puedan resultar ser falsos positivos en base a su significación estadística.

En lo referente a las estructuras de menor tamaño, es necesario precisar que los resultados obtenidos deben ser interpretados con precaución. No hay que olvidar que la exploración sufre un proceso de normalización y posteriormente se aplica el atlas a la imagen normalizada. En este proceso y para las estructuras de menor tamaño (como por ejemplo la amígdala) no se puede descartar que la actividad observada no presente un cierto porcentaje de áreas colindantes. Este efecto, sin embargo, es despreciable en los grandes campos corticales.

Como conclusión, podemos decir que el método de cuantificación bajo norma de la actividad PET parece muy prometedor pero es necesario realizar más comprobaciones con otros pacientes y sujetos control para confirmar la utilidad clínica e investigadora de este método

Agradecimientos

Quisiéramos expresar nuestro agradecimiento a la Fundación MMA por subvencionar el presente estudio. También queremos agradecer los comentarios de los revisores al manuscrito.

Bibliografía

1. Gil EM, Mohedano B, Ramírez MA, González P, Durán C, Moya F. Captación fisiológica y no maligna de 18FDG en estudio PET de cuerpo completo. Alasbimn Journal 9(35): January 2007. Article N° AJ35-4 . . Volver
2. Rodríguez M, Asensio C. Uso tutelado de la tomografía por emisión de positrones (PET) con 18FDG. Agencia de Evaluación de Tecnologías Sanitarias (AETS). Instituto de Salud Carlos III. Ministerio de Sanidad y Consumo. Noviembre de 2005.  Volver
3. Montz A. Jiménez A. Coullaut J.PET en neurología y psiquiatría I. PET con FDG en el estudio del SNC. Rev. Esp. Med. Nuclear 21, 5 (370-386), 2002. Volver
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13. Spiegel MR. Estadística. 1997. Editorial McGraw-Hill. Madrid. Volver

 

 

 
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