INTRODUÇÃO: Epilepsia do lobo temporal mesial (ELTM) por esclerose hipocampal (EH) é a forma de epilepsia focal mais comum na idade adulta e a causa mais frequente de refratariedade ao tratamento clínico. Apesar de se tratar de uma patologia da substância cinzenta, alguns estudos, por meio da imagem por tensor de difusão (diffusion tensor imaging-DTI), têm demonstrado alteração da substância branca temporal e extratemporal nestes pacientes. O corpo caloso (CC) é a maior comissura cerebral conectando áreas corticais homólogas de ambos os hemisférios cerebrais e tem sido implicado na propagação da atividade epiléptica. O objetivo principal do presente estudo foi avaliar possíveis alterações no CC de pacientes com ELTM-EH pela técnica de DTI e verificar se essas dependem da lateralidade da EH e da concordância entre os exames de ressonância magnética (RM) e os exames de vídeo-eletroencefalograma (EEG). Como objetivo secundário, também avaliou-se se estas alterações se correlacionavam com alguma variável clínica ou com as medidas volumétricas do CC. MÉTODOS: 42 pacientes com ELTM-EH (idades: 20-54 anos) e 30 voluntários saudáveis como grupo controle (idades: 18-53 anos) realizaram exame de RM de crânio, sendo obtidas sequências de DTI com 32 direções de gradiente e imagens volumétricas ponderadas em T1. Os pacientes foram também divididos em subgrupos: EH à direita e EH à esquerda, e em pacientes concordantes e discordantes. Os valores de anisotropia fracionada (AF), difusividade média (DM), difusividade axial (DA), difusividade radial (DR) e os dados volumétricos foram extraídos a partir de cinco segmentos obtidos automaticamente na secção sagital do CC. Foram realizadas comparações dos parâmetros de DTI no CC entre os grupos de pacientes e controles, e entre os subgrupos de pacientes. Foram investigadas correlações entre os parâmetros do tensor de difusão e as variáveis clínicas. As alterações volumétricas no CC dos pacientes com ELTM-EH bem como a correlação dessas alterações com as anormalidades de difusão também foram avaliadas. Considerou-se um valor de p < 0,05 como estatisticamente significativo. RESULTADOS: Nas regiões anterior, médio-posterior e posterior do CC dos pacientes, observaram-se redução da AF e aumento da DM e da DR, em relação aos controles. A DA manteve-se inalterada. Não foram demonstradas diferenças nos padrões de alteração de difusão entre os pacientes com EH à direita e com EH à esquerda, nem entre pacientes concordantes e discordantes. Não foram observadas correlações significativas entre os parâmetros do tensor de difusão com a idade ao evento inicial, idade de início da epilepsia, tempo de doença, tempo de epilepsia, período de latência e frequência de crises. No entanto, pacientes que apresentaram crise febril como evento precipitante inicial exibiram maior intensidade e extensão das alterações de difusão. Observou-se redução volumétrica difusa do CC, sendo demonstrada correlação negativa significativa entre DM e DR, e o volume nos segmentos central, médio-posterior e posterior, e, ainda, entre DA e volume do segmento posterior. Nós observamos, ainda, correlação negativa significativa entre o volume e o tempo de epilepsia, e o tempo de doença. CONCLUSÕES: Houve alteração dos parâmetros de DTI em áreas específicas do CC e redução volumétrica difusa desta estrutura. Tais anormalidades parecem ser secundárias à propagação das crises epilépticas ao longo de vias específicas anatômica ou funcionalmente relacionadas aos lobos temporais promovendo alterações secundárias na substância branca cerebral. O histórico de crise febril está relacionado a maior intensidade e extensão de acometimento do CC / INTRODUCTION: Mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) with hippocampal sclerosis (HS) is the most common form of focal epilepsy in adults and it is frequently associated with refractoriness to medical treatment. Although epilepsy is considered a grey-matter disease, abnormalities in the temporal and extra-temporal white matter have been identified in these patients with diffusion tensor imaging (DTI). The corpus callosum (CC) is the major white matter tract connecting both cerebral hemispheres and has been implicated as an important route of spread of epileptic activity. The first goal of this study was to detect DTI abnormalities in specific areas of the CC in patients with MTLE-HS and to verify if these abnormalities depend on the laterality of the HS and on the concordance between the magnetic resonance imaging (MRI) and video-electroencephalogram (EEG). As a second goal we assessed if DTI results were correlated with any clinical variable or volumetric changes of the CC. METHODS: 42 patients (age: 20-54 years) and 30 healthy controls (age:18-53 years) were submitted to brain MRI. DTI sequences with 32 gradient encoding directions and volumetric T1-weighted images were obtained. Additionally, we grouped the patients in left sided and right sided HS and in concordant and discordant HS. Mean values of fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD), axial diffusivity (AD), radial diffusivity (RD) and volumetric results were extracted from five segments at the midsagittal section of the CC obtained through automatic segmentation. Comparisons of DTI parameters of the CC were performed between patients and controls and between subgroups of patients. Correlations between DTI parameters and clinical findings were calculated. We also evaluated volume abnormalities of the CC in MTLE-HS patients and the correlations between these abnormalities and DTI changes. We considered a value of p <0.05 statistically significant. RESULTS: Our study showed that, when HS patients was compared to controls, the FA was lowest in the anterior, mid-posterior and posterior subregions of the CC. MD and RD were higher in these same segments. No changes were observed in AD. No differences in the CC DTI parameters were detected between right-sided HS and left-sided HS or between concordant and discordant HS patients. Age at initial event, age at epilepsy onset, duration of disease, duration of epilepsy, latency period and seizure frequency were not significantly correlated with the DTI parameters. However, patients who had febrile seizures as initial event exhibited greater intensity and extent of DTI changes. All segments demonstrated volume reduction compared to controls. Significant negative correlation was demonstrated between MD and RD and the volume in the central, midposterior and posterior segments of the CC, and between AD and volume of the posterior segment. We also demonstrated negative correlation between volume and duration of disease and duration of epilepsy. CONCLUSIONS: This study showed diffusion abnormalities in specific areas of the CC and diffuse atrophy in patients with unilateral HS, which may be secondary to seizures propagation along specific pathways leading to secondary changes in brain white matter. The history of febrile seizure is related to greater involvement of the CC

INTRODUÇÃO: Epilepsia do lobo temporal mesial (ELTM) por esclerose hipocampal (EH) é a forma de epilepsia focal mais comum na idade adulta e a causa mais frequente de refratariedade ao tratamento clínico. Apesar de se tratar de uma patologia da substância cinzenta, alguns estudos, por meio da imagem por tensor de difusão (diffusion tensor imaging-DTI), têm demonstrado alteração da substância branca temporal e extratemporal nestes pacientes. O corpo caloso (CC) é a maior comissura cerebral conectando áreas corticais homólogas de ambos os hemisférios cerebrais e tem sido implicado na propagação da atividade epiléptica. O objetivo principal do presente estudo foi avaliar possíveis alterações no CC de pacientes com ELTM-EH pela técnica de DTI e verificar se essas dependem da lateralidade da EH e da concordância entre os exames de ressonância magnética (RM) e os exames de vídeo-eletroencefalograma (EEG). Como objetivo secundário, também avaliou-se se estas alterações se correlacionavam com alguma variável clínica ou com as medidas volumétricas do CC. MÉTODOS: 42 pacientes com ELTM-EH (idades: 20-54 anos) e 30 voluntários saudáveis como grupo controle (idades: 18-53 anos) realizaram exame de RM de crânio, sendo obtidas sequências de DTI com 32 direções de gradiente e imagens volumétricas ponderadas em T1. Os pacientes foram também divididos em subgrupos: EH à direita e EH à esquerda, e em pacientes concordantes e discordantes. Os valores de anisotropia fracionada (AF), difusividade média (DM), difusividade axial (DA), difusividade radial (DR) e os dados volumétricos foram extraídos a partir de cinco segmentos obtidos automaticamente na secção sagital do CC. Foram realizadas comparações dos parâmetros de DTI no CC entre os grupos de pacientes e controles, e entre os subgrupos de pacientes. Foram investigadas correlações entre os parâmetros do tensor de difusão e as variáveis clínicas. As alterações volumétricas no CC dos pacientes com ELTM-EH bem como a correlação dessas alterações com as anormalidades de difusão também foram avaliadas. Considerou-se um valor de p < 0,05 como estatisticamente significativo. RESULTADOS: Nas regiões anterior, médio-posterior e posterior do CC dos pacientes, observaram-se redução da AF e aumento da DM e da DR, em relação aos controles. A DA manteve-se inalterada. Não foram demonstradas diferenças nos padrões de alteração de difusão entre os pacientes com EH à direita e com EH à esquerda, nem entre pacientes concordantes e discordantes. Não foram observadas correlações significativas entre os parâmetros do tensor de difusão com a idade ao evento inicial, idade de início da epilepsia, tempo de doença, tempo de epilepsia, período de latência e frequência de crises. No entanto, pacientes que apresentaram crise febril como evento precipitante inicial exibiram maior intensidade e extensão das alterações de difusão. Observou-se redução volumétrica difusa do CC, sendo demonstrada correlação negativa significativa entre DM e DR, e o volume nos segmentos central, médio-posterior e posterior, e, ainda, entre DA e volume do segmento posterior. Nós observamos, ainda, correlação negativa significativa entre o volume e o tempo de epilepsia, e o tempo de doença. CONCLUSÕES: Houve alteração dos parâmetros de DTI em áreas específicas do CC e redução volumétrica difusa desta estrutura. Tais anormalidades parecem ser secundárias à propagação das crises epilépticas ao longo de vias específicas anatômica ou funcionalmente relacionadas aos lobos temporais promovendo alterações secundárias na substância branca cerebral. O histórico de crise febril está relacionado a maior intensidade e extensão de acometimento do CC / INTRODUCTION: Mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) with hippocampal sclerosis (HS) is the most common form of focal epilepsy in adults and it is frequently associated with refractoriness to medical treatment. Although epilepsy is considered a grey-matter disease, abnormalities in the temporal and extra-temporal white matter have been identified in these patients with diffusion tensor imaging (DTI). The corpus callosum (CC) is the major white matter tract connecting both cerebral hemispheres and has been implicated as an important route of spread of epileptic activity. The first goal of this study was to detect DTI abnormalities in specific areas of the CC in patients with MTLE-HS and to verify if these abnormalities depend on the laterality of the HS and on the concordance between the magnetic resonance imaging (MRI) and video-electroencephalogram (EEG). As a second goal we assessed if DTI results were correlated with any clinical variable or volumetric changes of the CC. METHODS: 42 patients (age: 20-54 years) and 30 healthy controls (age:18-53 years) were submitted to brain MRI. DTI sequences with 32 gradient encoding directions and volumetric T1-weighted images were obtained. Additionally, we grouped the patients in left sided and right sided HS and in concordant and discordant HS. Mean values of fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD), axial diffusivity (AD), radial diffusivity (RD) and volumetric results were extracted from five segments at the midsagittal section of the CC obtained through automatic segmentation. Comparisons of DTI parameters of the CC were performed between patients and controls and between subgroups of patients. Correlations between DTI parameters and clinical findings were calculated. We also evaluated volume abnormalities of the CC in MTLE-HS patients and the correlations between these abnormalities and DTI changes. We considered a value of p <0.05 statistically significant. RESULTS: Our study showed that, when HS patients was compared to controls, the FA was lowest in the anterior, mid-posterior and posterior subregions of the CC. MD and RD were higher in these same segments. No changes were observed in AD. No differences in the CC DTI parameters were detected between right-sided HS and left-sided HS or between concordant and discordant HS patients. Age at initial event, age at epilepsy onset, duration of disease, duration of epilepsy, latency period and seizure frequency were not significantly correlated with the DTI parameters. However, patients who had febrile seizures as initial event exhibited greater intensity and extent of DTI changes. All segments demonstrated volume reduction compared to controls. Significant negative correlation was demonstrated between MD and RD and the volume in the central, midposterior and posterior segments of the CC, and between AD and volume of the posterior segment. We also demonstrated negative correlation between volume and duration of disease and duration of epilepsy. CONCLUSIONS: This study showed diffusion abnormalities in specific areas of the CC and diffuse atrophy in patients with unilateral HS, which may be secondary to seizures propagation along specific pathways leading to secondary changes in brain white matter. The history of febrile seizure is related to greater involvement of the CC

Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (MRI) has allowed unprecedented non-invasive mapping of brain neural connectivity in vivo by means of fiber tractography applications. Fiber tractography has emerged as a useful tool for mapping brain white matter connectivity prior to surgery or in an intraoperative setting. The advent of high angular resolution diffusion-weighted imaging (HARDI) techniques in MRI for fiber tractography has allowed mapping of fiber tracts in areas of complex white matter fiber crossings. Raw HARDI images, as a result of elevated diffusion-weighting, suffer from depressed signal-to-noise ratio (SNR) levels. The accuracy of fiber tractography is dependent on the performance of the various methods extracting dominant fiber orientations from the HARDI-measured noisy diffusivity profiles. These methods will be sensitive to and directly affected by the noise. In the first part of the thesis this issue is addressed by applying an objective and adaptive smoothing to the noisy HARDI data via generalized cross-validation (GCV) by means of the smoothing splines on the sphere method for estimating the smooth diffusivity profiles in three dimensional diffusion space. Subsequently, fiber orientation distribution functions (ODFs) that reveal dominant fiber orientations in fiber crossings are then reconstructed from the smoothed diffusivity profiles using the Funk-Radon transform. Previous ODF smoothing techniques have been subjective and non-adaptive to data SNR. The GCV-smoothed ODFs from our method are accurate and are smoothed without external intervention facilitating more precise fiber tractography. Diffusion-weighted MRI studies in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) have revealed significant changes in diffusion parameters in ALS patient brains. With the need for early detection of possibly discrete upper motor neuron (UMN) degeneration signs in patients with early ALS, a HARDI study is applied in order to investigate diffusion-sensitive changes reflected in the diffusion tensor imaging (DTI) measures axial and radial diffusivity as well as the more commonly used measures fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD). The hypothesis is that there would be added utility in considering axial and radial diffusivities which directly reflect changes in the diffusion tensors in addition to FA and MD to aid in revealing neurodegenerative changes in ALS. In addition, applying adaptive smoothing via GCV to the HARDI data further facilitates the application of fiber tractography by automatically eliminating spurious noisy peaks in reconstructed ODFs that would mislead fiber tracking.