The brain subcortical white matter and aging: a quantitative fractional anisotropy analysis / Substância branca cerebral e envelhecimento: análise com anisotropia fracionada quantitativa

Abstract ? To study the integrity of hemispheric subcortical white matter by comparing normal young and elderly subjects using quantitative fractional anisotropy (DTI-FA). Methods: Subjects of two different age groups (young=12, elderly=12) were included. MR - GE Signa Horizon - 1.5T scans were performed. Cases with Fazekas scores ?3 were assessed on FLAIR sequence. Standard parameters for DTI-FA were used. ROIs were placed at various sites of the subcortical white matter, and the genu and splenium of the midline corpus callosum. Analysis was performed using Functool. Statistics for anterior and posterior white matter, as well as the genu and splenium were compared between the groups. The study was approved by the Ethics Committee of IPUB-UFRJ and informed consent obtained. Results: DTI-FA showed lower anisotropy values in the anterior region (subcortical white matter and genu), but not in the posterior region (subcortical white matter and splenium), in elderly normal subjects compared to young subjects. Conclusion: The results may represent loss of integrity of anterior (frontal) white matter fibers in the elderly subjects. These fibers constitute important intra- and inter-hemispheric tracts, components of neural networks that provide cognitive, behavioral, motor and sensory integration. The loss of integrity of the anterior segments of the studied fiber systems with ageing, represents a disconnection process that may underlie clinical manifestations found in elderly subjects such as executive dysfunction.

Resumo ? Estudar a integridade da substância branca hemisférica subcortical, comparando sujeitos normais jovens e idosos, com anisotropia fracionada quantitativa (DTI-FA). Métodos: Foram incluídos sujeitos de dois grupos etários (jovem=12, idoso=12). Obtidas imagens de MR - GE Signa Horizon - 1.5T. Escore de Fazekas ?3 avaliado na sequência em FLAIR. Utilizados parâmetros padrão para DTI-FA. ROIs colocados em locais variados da substância branca subcortical, e no joelho e esplênio do corpo caloso na linha média. Análise com Functool. Estatística para comparar a substância branca anterior e posterior entre os grupos. Aprovado pela Comissão de Ética do IPUB-UFRJ, consentimento informado obtido. Resultados: DTI-FA mostrou redução dos valores de anisotropia na região anterior (substância branca subcortical e joelho), porém não na região posterior (substância branca subcortical e esplênio), nos sujeitos normais idosos em comparação aos jovens. Conclusão: Os resultados podem ser considerados como representando perda da integridade das fibras da substância branca anterior (frontal) no sujeitos do grupo idoso. Tais fibras constituem os importantes feixes intra- e inter-hemisféricos, componentes de redes neurais relacionadas com integração cognitiva, comportamental, motora e sensorial. A perda da integridade com o envelhecimento dos segmentos anteriores dos sistemas de fibras estudados representa um processo de desconexão que pode estar subjacente a manifestações clínicas, como a disfunção executiva, eventualmente encontradas em sujeitos idosos.

Binswanger's disease and quantitative fractional anisotropy / Doença de Binswanger e anisotropia fracionada quantitativa

OBJECTIVE: To study the integrity of the white matter in Binswanger's disease (BD) patients with quantitative fractional anisotropy (DTI-FA). METHOD: Controls (12) and patients with BD (12) were included. Scans performed with MR (GE Signa Horizon/1.5T). Fazekas's score=6 with white matter hyperintensities extension >75 percent assessed on FLAIR scans. Standard parameters for DTI-FA were used. ROIs placed in symmetrical regions on two axial planes, data pooled in anterior (frontal) and posterior (temporo-parieto-occipital) regions. Analysis with Functool. Statistics for anterior and posterior regions comparison. RESULTS: DTI-FA showed reduction of anisotropy, reflecting axonal damage and demyelination of fibers, more prominent in anterior in relation to posterior region, in BD patients in comparison to controls. CONCLUSION: Loss of integrity of fiber tracts reflects interruption of neural networks that subserve cognitive, behavioral, and motor integration. The more severely affected frontal region is related to executive dysfunction, a characteristic feature of Binswanger's disease.

OBJETIVO: Estudar a integridade da substância branca em pacientes com doença de Binswanger (DB) com anisotropia fracionada quantitativa (DTI-FA). MÉTODO: Incluídos controles (12) e pacientes com DB (12). Obtidas imagens de RM (GE Signa Horizon/1,5T). Escore=6 de Fazekas com hiperintensidades da substância branca com extensão >75 por cento avaliados em imagens em FLAIR. Utilizados parâmetros padrão para DTI-FA. ROIs colocados em regiões simétricas de dois planos axiais, dados das regiões anterior (frontal) e posterior (têmporo-parieto-occipital) reunidos. Análise com Functool. Estatística para comparar regiões anteriores e posteriores. RESULTADOS: DTI-FA mostrou redução da anisotropia, refletindo lesão axonal e desmielinazação de fibras, com predomínio na região anterior em relação à posterior, nos pacientes com DB em comparação aos controles. CONCLUSÃO: Perda da integridade de feixes de fibras reflete interrupção de redes neurais subjacentes à integração cognitiva, comportamental e motora. A região frontal, mais gravemente atingida, está relacionada à disfunção executiva, aspecto característico da doença de Binswanger.

Diffusion tensor MR imaging evaluation of the corpus callosum of patients with multiple sclerosis / Avaliação do corpo caloso em pacientes com esclerose múltipla através de imagens de RM por tensor de difusão

OBJECTIVE: To evaluate the fractional anisotropy (FA) values of the normal-appearing white matter of the corpus callosum (CC) in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis (MS). METHOD: Fifty-seven patients with diagnosis of relapsing-remitting MS and 47 age- and gender-matched controls were studied. A conventional MR imaging protocol and a DTI sequence were performed. One neuroradiologist placed the regions of interest (ROIs) in the FA maps in five different portions of the normal-apearing CC (rostrum, genu, anterior and posterior portion of the body and splenium) in all cases. The statistical analysis was performed with the Mann-Whitney U test and p<0.05 was considered statistically significant. RESULTS: The FA values were lower in the MS patients compared with the controls (p<0.05) in the following CC regions: rostrum (0.720 vs 0.819), anterior body (0.698 vs 0.752), posterior body (0.711 vs 0.759) and splenium (0.720 vs 0.880). CONCLUSION: In this series, there was a robust decrease in the FA in all regions of the normal-appearing CC, being significant in the rostrum, body and splenium. This finding suggests that there is a subtle and diffuse abnormality in the CC, which could be probably related to myelin content loss, axonal damage and gliosis.

OBJETIVO: Avaliar os valores da anisotropia fracionada (FA) da substância branca aparentemente normal do corpo caloso (CC) em pacientes com esclerose múltipla (EM) remitente recorrente. MÉTODO: 57 pacientes com diagnóstico de EM remitente recorrente e 47 controles pareados por sexo e idade foram estudados. O protocolo convencional de RM e imagens de tensor de difusão foram adquiridas. Um neurorradiologista posicionou as regiões de interesse nos mapas de FA em seis porções do CC aparentemente normal (rostro, joelho, anterior e posterior porções do corpo e esplênio) em todos os casos. A análise estatística foi realizada com o teste Mann-Whitney U e p<0,05 foi considerado estatisticamente significativo. RESULTADOS: Os valores de FA foram menores nos pacientes com EM comparados com os controles (p<0,05) nas seguintes porções do CC: rostro (0,720 vs 0,819), corpo anterior (0,698 vs 0,752), corpo posterior (0,711 vs 0,759) e esplênio (0,720 vs 0,880). CONCLUSÃO: Na presente série houve redução robusta na FA em todas as regiões aparentemente normais do CC, sendo significativa no rostro, corpo e esplênio. Este achado sugere que há alteração difusa no corpo caloso de pacientes com EM, provavelmente relacionada a perda da mielina, lesão axonal e gliose.

A substância branca cerebral: localização dos principais feixes com anisotropia fracionada direcional / The cerebral white matter: localization of the main tracts with directional fractional anisotropy

A substância branca compreende cerca de metade do volume cerebral. É formada por numerosos feixes que apresentam direções diversas, interligando áreas corticais entre si e com estruturas subcorticais. Os estudos anatômicos que revelaram esses feixes tiveram sua origem na antiguidade. Foram utilizados métodos clássicos de dissecção e, mais recentemente, complementados com técnicas laboratoriais. Desse modo, foram identificados os principais feixes e as regiões que interconectam. Técnicas de neuroimagem modernas, introduzidas nas duas últimas décadas e ainda em plena evolução, vem trazendo contribuições que permitem aprofundar o conhecimento sobre o assunto, pela visualização in vivo do cérebro e de seus componentes. O mapeamento da substância branca obtido com imagens com tensor de difusão é uma das técnicas que têm permitido observá-la com mais detalhe, inclusive de modo quantitativo. Os princípios básicos dessas técnicas vêm relatados de modo sumário. A codificação em cores representa um aprimoramento dessa técnica que possibilita visualizar a direção dos feixes de fibras. Permite obter mapas direcionais e identificar os feixes que percorrem a substância branca. É apresentada uma descrição dos principais feixes cerebrais acompanhada por imagens ilustrativas. Esses recursos técnicos permitem fazer estudos mais detalhados dos feixes da substância branca cerebral, em condições normais e patológicas, e contribuem de modo importante para entender melhor a função cerebral e obter correlações anátomo-clínicas mais detalhadas.

The white matter represents about half of the cerebral volume. It is composed of numerous tracts that present varied directions, interconnecting cortical areas among them and with the subcortical structures. The anatomic studies that revealed these tracts stem from ancient times. Classic dissection methods were used, and more recently they were complemented with laboratory techniques. In this way, the main tracts and the regions they interconnect were identified.Modern neuroimaging techniques, introduced in the last two decades and still in plain evolution, are adding contributions that permit to deepen the knowledge on this issue, by visualizing in vivo the brain and its components. The mapping of the white matter obtained with diffusion tensor imaging is one of these techniques that allow making more detailed observations, inclusive quantitative ones. The basic principles of these techniques are described in a brief manner. The color-coding represents a refinement of this technique that permits to visualize the direction of the tracts of fibers. This permits to obtain directional maps, and to identify the tracts that traverse the white matter. A description of the main cerebral tracts accompanied by illustrative images is presented. These technical resources make possible to perform more detailed studies of the cerebral white matter, in normal and pathological conditions, and contribute in an important way to understand better the cerebral function, and to obtain more detailed anatomical-clinical correlations.

Evaluation of white matter in patients with multiple sclerosis through diffusion tensor magnetic resonance imaging

OBJECTIVE: To study the white matter of patients with multiple sclerosis (MS) with diffusion tensor magnetic resonance (MR) imaging (DTI). METHOD: Forty patients with clinical-laboratorial diagnosis of relapsing-remitting MS and 40 age- and sex-matched controls, who underwent conventional and functional (DTI) MR imaging, were included in the study. The DTI sequences resulted in maps of fractional anisotropy (FA) and regions of interest were placed on the plaques, peri-plaque regions, normal-appearing white matter (NAWM) around the plaques, contralateral normal white matter (CNWM) and normal white matter of the controls (WMC). The FA values were compared and the statistical treatment was performed with the Mann-Whitney U test. RESULTS: The mean FA in plaques was 0.268, in peri-plaque regions 0.365, in NAWM 0.509, in CNWM 0.552 and in WMC 0.573. Statistical significant differences in FA values were observed in plaques, peri-plaque regions and in NAWM around the plaques when compared to the white matter in the control group. There was no significant difference between the FA values of the CNWM of patients with MS and normal white matter of controls. CONCLUSION: Patients with MS show difference in the FA values of the plaques, peri-plaques and NAWM around the plaques when compared to the normal white matter of controls. As a result, DTI may be considered more efficient than conventional MR imaging for the study of patients with MS.

OBJETIVO: Estudar a substância branca de pacientes com esclerose múltipla (EM) através de imagens de ressonância magnética (RM) por tensor de difusão (DTI). MÉTODO: Foram avaliados 40 pacientes com diagnóstico clínico-laboratorial de EM remitente-recorrente e quarenta controles pareados por idade e sexo, os quais foram submetidos à RM convencional e funcional (DTI). As seqüências de DTI resultaram em mapas de anisotropia fracionada (FA) e as regiões de interesse foram posicionadas nas placas, regiões peri-placas, substância branca aparentemente normal (SBAN) ao redor das placas, substância branca normal contra-lateral (SBNC) e substância branca normal do grupo controle (SBC). Os valores de FA foram comparados e a análise estatística foi realizada utilizando o teste Mann-Whitney U. RESULTADOS: A média de FA nas placas foi 0,268, nas regiões peri-placas 0,365, na SBAN 0,509, na SBNC 0,552 e na SBC 0,573. Foram observadas diferenças estatisticamente significativas nos valores de FA nas placas, regiões peri-placas e na SBAN ao redor das placas quando comparados com a SBC. Não houve diferença entre os valores de FA na SBNC dos pacientes com EM e na SBC. CONCLUSÃO: Pacientes com EM demonstram diferença nos valores de FA nas placas, peri-placas e SBAN ao redor das placas quando comparados com a SBC. Assim, o DTI pode ser considerado mais eficiente do que as seqüências de ressonância magnética convencional no estudo dos pacientes com EM.