Evaluación no invasiva de lesión cerebral.

Método no invasivo de evaluación del cerebro de un paciente, que comprende:

a) obtener imágenes médicas del cerebro del paciente;

b) formar un modelo tridimensional específico del paciente del cerebro y el cráneo del paciente usando las imágenes médicas y un modelo numérico;

c) simular una lesión cerebral en el modelo tridimensional específico del paciente basándose en el volumen y grado de lesión visible en las imágenes médicas; y

d) usar el resultado de la simulación de lesión cerebral en el modelo tridimensional para proporcionar información sobre la presión intracraneal del paciente.

Evaluación no invasiva de lesión cerebral Campo de la Invención La presente invención se refiere a la medición y el diagnóstico no invasivos de la presión intracraneal (PIC) para pacientes con lesiones cerebrales tales como edema, hematoma o tumores.

Antecedentes de la Invención Existen varias medidas conocidas para indicar el estado intracraneal para pacientes con estados anómalos debidos a lesiones cerebrales tales como edema, hematoma o tumor:

- Presión intracraneal (PIC) ; la presión bajo el cráneo y que puede alterarse debido a causas internas y externas; hoy en día, sólo se dispone de métodos invasivos para la medición exacta de la PIC;

- Gradiente de presión intraventricular (GPIV) ; una medida de la diferencia entre las presiones de los ventrículos en los dos hemisferios;

- Desplazamiento; que muestra cuánto se ha movido un punto en el espacio con respecto a su posición original;

- Deformación; una medición de cuánto ha cambiado un determinado volumen con respecto a su configuración original;

- Tensión del tejido cerebral; cuánto está actuando una determinada fuerza sobre una zona en un plano arbitrario en el tejido cerebral.

- Desviación de la línea media; la extensión de la desviación de la línea media se utiliza comúnmente como una medición muy generalizadora de probabilidad de aumento de PIC puesto que la línea media cerebral se desplaza hacia el lateral a medida que crece una anomalía (tal como edema o hematoma) . Sin embargo, esto es una indicación muy vaga. Por tanto, en la práctica, las mediciones de principal interés para el diagnóstico de daños cerebrales son aumento de PIC y nivel de consciencia de los pacientes.

Los accidentes de tráfico son un motivo importante por el que se diagnostica o se trata a pacientes por lesiones cerebrales. En Suecia, se trató cada año a más de 20.000 pacientes con lesiones cerebrales provocadas por violencia externa a lo largo del periodo de tiempo desde 1987 hasta 2000. La mayor parte (65%) de esas lesiones estaba representada por hematoma, lesiones cerebrales difusas y edema en las que la medición de la PIC es crucial porque la PIC elevada puede conducir a hipertensión y cambios respiratorios y también puede contribuir a daños en otras zonas del sistema nervioso central, fuera de la lesión primaria.

El tamaño y la ubicación de la lesión primaria pueden evaluarse con alta precisión con formación de imágenes radiológicas tal como tomografía computarizada (TC) . Tradicionalmente, suele realizarse una exploración mediante TC cuando llega un paciente con una lesión craneal al servicio de urgencias. El médico puede diagnosticar entonces la gravedad de la lesión basándose en las imágenes. Sin embargo, las imágenes no proporcionan una estimación de la PIC del paciente. Para medir la PIC, es necesaria la apertura del hueso craneal del paciente con el fin de insertar un sensor de presión a través de un catéter. Si la presión es mayor que un nivel dado, la lesión debe evacuarse inmediatamente para reducir la presión para prevenir daños adicionales. Por otro lado, si la presión está por debajo del umbral crítico, puede usarse un tratamiento conservador tal como cuidado intensivo y no están indicadas operaciones adicionales.

La invención descrita en el presente documento es un método numérico no invasivo de medición de la PIC, ejemplificado generalmente mediante un método de elementos finitos no invasivo. Cuando se usa la invención descrita la exploración mediante TC de la que ya se dispone se usa para realizar una simulación del hematoma o edema. La PIC del paciente puede medirse de manera no invasiva. También se miden deformaciones y tensiones mecánicas locales en el cerebro, lo que está relacionado con una lesión cerebral posterior. La deformación y la tensión no se han usado previamente pero la información es valiosa para prever posibles complicaciones y daños al cerebro. Además de la obtención de información crítica, también se evitan operaciones invasivas usando este método, lo que significa menos padecimiento y menores costes para el paciente y la sociedad.

Descripción de la técnica anterior Existen varias técnicas de métodos no invasivos conocidas previamente para medir datos biológicos dentro del cerebro. Los más estrechamente relacionados son:

• Formación de imágenes mediante resonancia magnética de la medición de PIC, la técnica de IRM En este método se usan imágenes de RM para estimar con precisión el flujo de entrada en y de salida de la cavidad intracraneal. Estos flujos medidos se usan entonces en un modelo de flujo para estimar un índice de elastancia, a partir del que puede calcularse una PIC. Se ha sugerido el método pero las pruebas clínicas conocidas han sido limitadas hasta ahora y sólo mostraron resultados cualitativos. Un estudio titulado "Early Experience from the application of a noninvasive magnetic resonance imaging-based measurement of Intracranial pressure in Hydrocephalus" de Roberta P. Glick et al presentado en noviembre de 2006 (Glick, R. P. et al, Neurosurger y : noviembre de 2006, Volumen 59, Número 5, págs. 1052-1061) muestra la aplicación del método. Es notable el hecho de que se necesitan medidas de flujo para calcular la PIC y el hecho de que sólo es aplicable para pacientes con hidrocefalia (cantidades excesivas de líquido cefalorraquídeo) . Este método no se ha sometido a prueba con pacientes que tienen hematoma o edema. Además, este método no puede predecir la deformación y la tensión que hay en el cerebro afectado. Este método de uso de exploraciones mediante IRM también es más caro que la invención descrita en el presente documento.

• Análisis de resonancia de tejidos, el método TRA

En este método, se aprovechan las respuestas mecánicas de los tejidos intracraneales al latido cardiaco y las relaciones de estas respuestas con elevaciones en la PIC. La respuesta de resonancia característica (frecuencia propia) de las paredes del tercer ventrículo se registra en un ecopulsograma y se relaciona empíricamente con la PIC mediante una fórmula sencilla. El método se basa en los cambios producidos por la forma cambiante de la pared ventricular durante un ciclo cardiaco. Se presenta un estudio sobre este método en "Tissue resonance analysis: a novel method for noninvasive monitoring of intracranial pressure" que se encuentra en J Neurosurger y 96:1132-1137, 2002. Las pruebas muestras una buena correlación con mediciones invasivas. Sin embargo, el método depende de mediciones a lo largo del tiempo que proporcionan los cambios en la PIC basándose en el ritmo cardiaco y, por tanto, en el flujo de sangre. Además, este método no puede predecir la deformación y la tensión que hay en el cerebro afectado.

• Ecografía Doppler transcraneal (EDT) , un enfoque de análisis de sistema Este método consiste en relacionar las características de flujo del flujo sanguíneo arterial con la PIC. Se ha establecido una relación de este tipo, y suponiendo un enfoque de análisis de sistema, se desarrolla un método de estimación no invasiva usando EDT para mediciones del flujo sanguíneo. El método ofrece posibilidades de monitorización y la reconstrucción de la onda de PIC para análisis adicional. Un método de uso de EDT para medir la PIC, entre otros, se da a co

nocer en la patente estadounidense n.º 6875176 y en "Transcraneal Doppler sonography pulsatility index (PI) reflects intracranial pressure (ICP) " de Johan Bellner et al. (Surgical Neurology, Volumen 62, Número 1, páginas 45-51) El método depende, sin embargo, del operario y del ángulo de insonación y no puede medir la deformación, la tensión y la presión que pueden variar en el cerebro.

Los tres métodos mencionados anteriormente se basan en información basada en el flujo de sangre o LCR. En algunos casos, se combina la información con información espacial procedente de imágenes médicas pero no puede obtenerse la medición únicamente a partir de la información espacial facilitada por una imagen médica. Además estos métodos no pueden predecir la PIC, la deformación y la tensión del cerebro del paciente, lo que es útil para proporcionar un entendimiento completo del estado. Por tanto, difieren sustancialmente de los métodos numéricos de base espacial concebidos en la invención dada a conocer en el presente documento.

A continuación se presentan varios métodos numéricos conocidos y estudios previos relacionados que usan MEF.

• Métodos de diferencias finitas (MDF)

Como el método de elementos finitos, este método... [Seguir leyendo]

1. Método no invasivo de evaluación del cerebro de un paciente, que comprende:

a) obtener imágenes médicas del cerebro del paciente;

b) formar un modelo tridimensional específico del paciente del cerebro y el cráneo del paciente usando las imágenes médicas y un modelo numérico;

c) simular una lesión cerebral en el modelo tridimensional específico del paciente basándose en el volumen y grado de lesión visible en las imágenes médicas; y d) usar el resultado de la simulación de lesión cerebral en el modelo tridimensional para proporcionar información sobre la presión intracraneal del paciente.

2. Método según la reivindicación 1, en el que se hace que el modelo tridimensional sea específico del paciente generando un nuevo modelo del cerebro del paciente usando una imagen de resonancia magnética tridimensional del cerebro del paciente.

3. Método según la reivindicación 1, en el que el modelo tridimensional se autogenera.

4. Método según la reivindicación 3, en el que el modelo tridimensional se autogenera mediante:

a) obtener una imagen tridimensional de diferentes tejidos cerebrales del cerebro del paciente usando formación de imágenes mediante resonancia magnética;

b) convertir la imagen tridimensional en un modelo de elementos finitos transformando cada elemento de imagen en un elemento finito con un volumen correspondiente al espaciado de la imagen tridimensional;

c) alisar nodos de superficie en el modelo de elementos finitos para disminuir el error numérico y formar el modelo tridimensional.

5. Método según la reivindicación 1, en el que el modelo tridimensional se genera cambiando un modelo existente para ajustarse a la antropometría del paciente.

6. Método según la reivindicación 5, en el que el modelo tridimensional se genera mediante

a) obtener una imagen tridimensional de la cabeza del paciente usando una imagen de exploración mediante tomografía computarizada tridimensional;

b) usar un algoritmo de segmentación para segmentar la imagen tridimensional para formar una imagen binaria del cerebro;

c) usar la imagen binaria y un modelo de elementos finitos existente, convertido en una imagen binaria, para crear un mapa de deformación para el modelo de elementos finitos; usando el mapa de deformación para dislocar los nodos en el modelo de elementos finitos existente para ajustarse a la antropometría del paciente.

7. Método según la reivindicación 1, en el que los tejidos en la cabeza del paciente se clasifican usando algoritmos de procesamiento de imágenes.

8. Método según la reivindicación 1, en el que la obtención del modelo tridimensional comprende remodelar las propiedades de flujo del líquido cefalorraquídeo ventricular del paciente utilizando simulación de una formulación euleriana de los ventrículos del paciente y el canal de comunicación de los ventrículos.

9. Método según la reivindicación 1, en el que la obtención del modelo tridimensional comprende crear un modelo de elementos finitos en el que el módulo de compresibilidad del líquido cefalorraquídeo se altera para imitar la compliancia del sistema nervioso central.

10. Método según la reivindicación 1, que comprende además medir deformaciones y tensiones en el cerebro, y utilizar las deformaciones y tensiones medidas para prever posibles complicaciones y daños al cerebro.

11. Método según la reivindicación 1, que comprende además obtener mediciones de deformación en estructuras anatómicas e histológicas, y comparar las mediciones con una estructura normal para correlacionarlas con lesiones en el paciente.

12. Método según la reivindicación 1, en el que el paciente presenta hematoma, edema o tumor.

13. Método según la reivindicación 1, en el que un ordenador con software solucionador de elementos finitos se usa en un método de medición y diagnóstico no invasivo del estado intracraneal para pacientes con estados anómalos debidos a lesiones cerebrales.

14. Método según la reivindicación 1, que comprende además determinar la probabilidad de lesiones adicionales en el cerebro y resultados y necesidades probables de medidas y/o tratamientos invasivos.