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Universidade Brasil
Instituto Científico e Tecnológico, São Paulo
LUIZ ARTUR LIMA
AVALIAÇÃO VOLUMÉTRICA DO TÁLAMO NO PROCESSO DE
ENVELHECIMENTO
VOLUMETRIC EVALUATION OF THE THALAMUS IN THE AGING PROCESS
São Paulo, SP
2018
II
LUIZ ARTUR LIMA
AVALIAÇÃO VOLUMÉTRICA DO TÁLAMO NO PROCESSO DE
ENVELHECIMENTO
Orientador: Prof. Dr. Daniel Souza Ferreira Magalhães
Linha de Pesquisa: Técnicas, sistemas computacionais e processamento de imagens médicas para o
auxílio ao diagnóstico
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Bioengenharia da Universidade Brasil, como complementação dos créditos
necessários para obtenção do título de Mestre em Bioengenharia.
São Paulo
2018
III
Ficha Catalográfica
L698a Lima, Luiz Artur.
Avaliação volumétrica do tálamo no processo de envelhecimento. / Luiz Artur Lima. –São Paulo, SP: Universidade Brasil, 2018.
37 f. il. Color. Orientador: Daniel Souza Ferreira Magalhães
Dissertação de Mestrado defendida no Programa de Pós-Graduação em Bioengenharia da Universidade Brasil.
1. Tálamo 2. Volumetria 3. Envelhecimento I. Título
CDD 612.8
IV
V
VI
AVALIAÇÃO VOLUMÉTRICA DO TÁLAMO NO PROCESSO DE
ENVELHECIMENTO
RESUMO
O tálamo desempenha um papel crítico na coordenação do fluxo de informação no
cérebro, mediando a comunicação e integrando muitos processos, como a memória,
a atenção e a percepção. Neste trabalho foram analisadas imagens de ressonância
magnética ponderadas em T1 de indivíduos saudáveis e foi estudado como o volume
talâmico se apresenta em diferentes faixas etárias em homens e mulheres. Trata-se
de um estudo transversal de 90 indivíduos saudáveis entre 12 e 82 anos de idade
onde foi realizada a segmentação bilateral do tálamo manualmente para obtenção de
volumes. Também foi medido o volume individual de cada encéfalo e foi feita uma
normalização do volume talâmico pelo volume encefálico de maneira a possibilitar
uma comparação da proporção do volume talâmico em relação ao volume total do
encéfalo em cada indivíduo em diferentes faixas etárias. Foi observado que o tálamo
cresce até o final da adolescência e passa a diminuir após a maturidade. Foi verificado
com diferença significativa (p<0,05) que o tálamo esquerdo tem maior volume que o
direito, o que explica a maior dominância do lado direito na população. Foi constatado
que os idosos têm volume talâmico inferior aos dos jovens adultos (p<0,05) e que
existe dependência do sexo no volume encefálico (p<0,05). Entretanto não houve uma
significante diminuição na proporção talâmica do cérebro no processo de
envelhecimento, o que mostra que a redução talâmica acompanha a redução cerebral.
Com a pesquisa foi comprovado que o tálamo perde seu volume com o passar dos
anos, permitindo conhecer um pouco mais de patologias que acometem mais idosos
que jovens como Parkinson, Esquizofrenia e Alzheimer.
Palavras-chave: tálamo, volumetria, envelhecimento.
VII
VOLUMETRIC EVALUATION OF THE THALAMUS IN THE AGING PROCESS
ABSTRACT
The thalamus plays a critical role in coordinating the flow of information in the brain,
mediating communication, and integrating many processes, such as memory,
attention, and perception. In this work, were analyzed T1-weighted MRI images of
healthy individuals and studied how thalamic volume is presented in different age
groups. This is a cross-sectional study of 90 healthy individuals between 12 and 82
years, where was performed the bilateral segmentation of the thalamus manually to
obtain volumes, was measured the individual volume of each encephalon and
normalized the thalamic volume by the encephalic volume to compare the proportion
of thalamic volume to the total encephalon volume in each individual in different age
groups. It was found that the thalamus grows until the end of adolescence and
decreases after maturity. It was verified with significative difference (p<0.05) that the
left thalamus has a larger volume than the right which explains the greater dominance
of the right side in world population. It was found that elderly have lower thalamic
volume than young adults (p<0.05) and that there is dependence of sex on the
encephalic volume (p<0.05). However, there was no significant decrease in thalamic
proportion of the encephalon in the aging process, which shows that the thalamic
reduction accompanies brain reduction. With this research, it has been proven that the
thalamus loses its volume with increasing age, allowing us to know a little more about
pathologies that affect more older people than young like Parkinson, Schizophrenia
and Alzheimer.
Keywords: thalamus, volumetry, aging process
VIII
LISTA DE FIGURAS Figura 1: Esquema de limites anatômicos do tálamo, em visualização axial. A) Camada inicial de segmentação; B e C) Camadas centrais de segmentação; e D) Camada final de segmentação. Em azul, referência estrutural dos ventrículos laterais; verde – tálamo esquerdo (TE); vermelho – tálamo direito (TD). ..................... 15 Figura 2: Segmentação de tálamo bilateral com distinção de VOIs, multicorte e com sobreposição de template em visualização tridimensional. Em azul o TE, em vermelho TD. Os VOIs foram suavizados. ........................................................................ 15 Figura 3: Renderização da imagem do encéfalo extraído com software FSL. Indivíduo A1 (ver Tabela 4). ................................................................................................. 16 Figura 4: Diagrama esquemático para escolha dos testes estatísticos. ..................... 17 Figura 5: Distribuição dos volumes talâmicos bilaterais em função das idades. ....... 19 Figura 6: Volume talâmico total de cada indivíduo em função da idade. .................... 20 Figura 7: Volumes talâmicos esquerdo e direito dos três grupos de estudo A, B e C. .................................................................................................................................................. 20 Figura 8: Proporção do volume talâmico no envelhecimento. ...................................... 22 Figura 9: Volume talâmico no envelhecimento. Adaptado de [15] ............................... 25 Figura 10: Certificado de Registro do software AVFSL .................................................. 36
IX
LISTA DE TABELAS Tabela 1: Distribuição do sexo nos grupos de estudo A, B e C. ................................... 18 Tabela 2: Análise volumétrica dos tálamos esquerdos. Anova fator duplo com repetição. ................................................................................................................................. 21 Tabela 3: Análise volumétrica dos tálamos direitos. Anova fator duplo com repetição. .................................................................................................................................................. 22 Tabela 4: Grupo A - Indivíduos de 12 a 20 anos. ............................................................ 31 Tabela 5: Grupo B - Indivíduos de 30 a 40 anos. ............................................................ 32 Tabela 6: Grupo C - Indivíduos de 50 a 90 anos. ............................................................ 33 Tabela 7: Volumes de tálamo esquerdo. ........................................................................... 34 Tabela 8: Volumes de tálamo direito. ................................................................................ 35
X
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
AVFSL Array Volume for FSL
bet2 Comando que extrai o encéfalo da imagem
DP Desvio padrão
DTI Diffusion Tensor Imaging (imagem de tensor de difusão)
EC Encéfalo
FSL Software utilizado para extração dos encéfalos
fslstats Comando que calcula o volume de uma imagem
MRi Magnetic ressonance imaging (imagem de ressonância
magnética)
MRIcron Software utilizado para segmentação talâmica
TD Tálamo direito/Volume talâmico direito
TE Tálamo esquerdo/Volume talâmico esquerdo
TT Volume talâmico total
VOI Volume de interesse
XI
SUMÁRIO INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 12
HIPÓTESE .......................................................................................................................... 13
OBJETIVO GERAL ............................................................................................................ 13
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 13
MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................................... 14
PROCESSAMENTO DAS IMAGENS ............................................................................. 14
ANÁLISE ESTATÍSTICA .................................................................................................. 16
RESULTADOS ....................................................................................................................... 18
DISCUSSÃO ........................................................................................................................... 24
CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 27
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 28
APÊNDICE 1 .......................................................................................................................... 31
APÊNDICE 2 .......................................................................................................................... 34
ANEXO A ................................................................................................................................ 36
ANEXO B ................................................................................................................................ 37
12
INTRODUÇÃO
O desempenho cognitivo diminui com a idade, particularmente nos domínios da
velocidade de processamento, memória episódica e função executiva [1] [2]. No
entanto, as correlações neuro-anatômicas desse declínio cognitivo permanecem
obscuras.
O tálamo é uma estrutura de substância cinzenta altamente diferenciada e tem
sido caracterizado como uma canalização dinâmica ligando áreas subcorticais às
corticais. Ele contém núcleos de retransmissão primária que organizam e enviam
informações topograficamente para distintas zonas do córtex cerebral e
desempenham um papel crítico na coordenação do fluxo de informação no cérebro,
mediando a comunicação e integrando muitos processos, como a memória, a atenção
e a percepção [3] [4]. Estudos de neuroimagem demonstraram características
talâmicas relacionadas à idade como perda de volume [5] [6] [7] e alterações
microestruturais [8] [5] [9]. É possível que alterações micro e macroestruturais em
regiões do tálamo que estão associadas com a performance cognitiva contribuem para
o declínio cognitivo relacionado com a idade.
A detecção de mudanças regionais no aspecto talâmico facilita investigações
de variações normais ou patológicas no cérebro. Este método tem fornecido
informações na degeneração talâmica na doença de Alzheimer [10], doença de
Parkinson [11] e Esquizofrenia [12] [13]. Na doença de Alzheimer, por exemplo, dois
núcleos talâmicos apresentam as maiores reduções de volume comparados com
indivíduos saudáveis [10]. A análise da forma talâmica pode, portanto, fornecer
informações adicionais sobre o efeito da idade nas redes tálamo-corticais e auxiliar na
comparação com as alterações observadas no comprometimento cognitivo leve e na
doença de Alzheimer.
Foi observada redução significativa no volume e um aumento da difusibilidade
média do tálamo com o aumento da idade [14] utilizando imagem estrutural de
ressonância magnética (MRI) e imagem de tensor de difusão (DTI).
Em um estudo de coorte com 10.722 indivíduos normais (idade: 2-92 anos), os
volumes talâmicos direito e esquerdo encontrados foram significativamente variados,
com volumes esquerdos superiores aos direitos e também dependentes da idade [15].
13
Este estudo é motivado pelo auxílio na caracterização de doenças
degenerativas que acometem o tálamo, como a doença de Alzheimer, Parkinson entre
outras, pois visa analisar o volume talâmico em indivíduos saudáveis de diferentes
faixas etárias, levando em consideração o sexo. Sua novidade encontra-se no estudo
da proporção do volume talâmico nos encéfalos, medida que considera as diferenças
fenotípicas de tamanho dos indivíduos.
HIPÓTESE
Existe diferença relacionada com a idade e o sexo no volume talâmico, sendo esta
diferença independente da variação do volume encefálico.
OBJETIVO GERAL
Medir o volume talâmico em indivíduos normais de diferentes faixas etárias e
analisar sua variação volumétrica com a idade e o sexo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Medir e comparar as volumetrias talâmicas direita e esquerda.
Medir e analisar os volumes talâmicos de 3 diferentes faixas etárias, levando em
conta o sexo.
Medir e comparar a assimetria talâmica entre os sexos.
Medir a proporção volumétrica talâmica e analisá-la no envelhecimento.
14
MATERIAL E MÉTODOS
Foram utilizadas MRi ponderadas em T11 do banco de imagens do Laboratório
de Neuroimagem do Hospital de Clínicas da UNICAMP, sendo critério de exclusão
qualquer alteração morfológica ou volumétrica patológica observada nas imagens por
médico radiologista especialista. As imagens selecionadas compuseram um grupo de
indivíduos saudáveis com faixa etária entre 12 e 82 anos. A fim de estabelecer uma
média volumétrica entre indivíduos de vários grupos etários foi realizado um estudo
de volumetria do tálamo utilizando três grupos de faixas etárias diferentes.
Grupo A, com idades entre 12 a 20 anos;
Grupo B, com idades entre 30 a 40 anos;
Grupo C, com idades entre 50 a 90 anos.
PROCESSAMENTO DAS IMAGENS
As imagens de referência para a composição do protocolo anatômico de
segmentação de tálamo foram baseadas em atlas anatômicos [16] [17], em livros de
neuroanatomia [18] [19] e artigos científicos [20] [21]. Por sua adequação funcional
aos objetivos do projeto, foi escolhido o software MRIcron NIfTI Viewer [22] para
sistema operacional Windows 10. Este software [22] permite a segmentação manual
de imagens de ressonância magnética utilizando ferramentas de desenho, que criam
arquivos de volumes de interesse (VOIs) segundo a delimitação desenhada,
permitindo a identificação da volumetria de cada estrutura demarcada.
O protocolo anatômico utilizado [16] [17] [18] [19] se baseou nos seguintes
limites talâmicos: terceiro ventrículo (limite medial), cápsula interna (limite lateral),
ventrículos laterais (limite superior), tronco encefálico (limite inferior), comissura
anterior, quiasma óptico e limite caudal dos corpos mamilares (limites ântero-
inferiores) e pedúnculos cerebrais e núcleos geniculados (limites posteriores). O
esquema da elaboração do protocolo anatômico está ilustrado na Figura 1. Um
exemplo visual da segmentação é mostrado na Figura 2.
1 Nesta ponderação o contraste entre tecidos é otimizado quando se utilizam tempos curtos (eco e repetição) para
obtenção da imagem. A gordura é hiperintensa (brilhante) e a água e os líquidos tornam-se hipointensos (escuro).
15
Figura 1: Esquema de limites anatômicos do tálamo, em visualização axial. A) Camada inicial de segmentação; B e C) Camadas centrais de segmentação; e D) Camada final de segmentação. Em
azul, referência estrutural dos ventrículos laterais; verde – tálamo esquerdo (TE); vermelho – tálamo direito (TD).
Figura 2: Segmentação de tálamo bilateral com distinção de VOIs, multicorte e com sobreposição de template em visualização tridimensional. Em azul o TE, em vermelho TD. Os VOIs foram suavizados.
16
Para a medida volumétrica do encéfalo, que compõe o fator de normalização,
foi utilizado o software FSL [23], que é uma biblioteca abrangente de ferramentas de
análise de dados para ressonância magnética (funcional, estrutural e de difusão),
escritas por membros do Grupo de Análises da FMRIB (Oxford Centre for Functional
Magnetic Resonance Images of the Brain) [23]. Com essa biblioteca, utilizamos a
ferramenta bet2 para extrair automaticamente à imagem do encéfalo e a ferramenta
fslstats para calcular o número de voxels2 total da imagem. Multiplicando o volume
de um voxel pelo número de voxels temos o volume total do encéfalo de cada
indivíduo. A Figura 3 mostra uma visualização 3D do resultado da extração via
comando bet2 do FSL.
Figura 3: Renderização da imagem do encéfalo extraído com software FSL. Indivíduo A1 (ver Tabela 4).
Foi utilizado o script AVFSL [24], desenvolvido durante o trabalho (ANEXO A e
ANEXO B), para o cálculo dos volumes encefálicos, pois o mesmo otimiza o tempo de
processamento das extrações de um conjunto de imagens.
ANÁLISE ESTATÍSTICA
Para análise dos dados, foi utilizado o teste de Shapiro-Wilk para verificação
da normalidade da amostra. Para compararmos duas amostras não paramétricas foi
utilizado o teste dos postos sinalizados de Wilcoxon. Para comparação de duas
amostras paramétricas foi utilizado o teste t unicaudal ou bicaudal, conforme caso
2 Unidade mínima volumétrica em três dimensões.
17
específico. Foi utilizado o teste Anova de dois fatores com repetição para a análise de
uma variável ponderada por dois fatores. Finalmente, foi usado o teste de Kruskal-
Wallis nas análises não-paramétricas de mais de dois grupos com apenas um fator.
Abaixo (Figura 4) mostramos o diagrama esquemático para escolha dos testes:
Figura 4: Diagrama esquemático para escolha dos testes estatísticos.
Foi utilizado o software Rstudio versão 1.1.463 para todos os testes
estatísticos, exceto o ANOVA de dois fatores onde foi usado o software Excel versão
16.19, ambos para Mac. Para os cálculos de estatística descritiva foi utilizado o
Rstudio e para os gráficos, o Excel.
Para todos os testes, consideramos os resultados significativos quando p<0,05.
Teste de Shapiro-Wilk
Paramétrica
t-student
2 grupos
ANOVA
2+ grupos/dois fatores
Não paramétrica
teste dos postos sinalizados de
Wilcoxon
2 grupos
teste de Kruskal- Wallis
2+ grupos
18
RESULTADOS
Utilizando os critérios de exclusão expostos na seção “MATERIAL E
MÉTODOS” foi obtido um n igual a 90, sendo 46 imagens referentes ao sexo feminino
e 44 ao masculino. Todos os grupos foram compostos inicialmente por 30 imagens e
divididos entre homens e mulheres (APÊNDICE 1). Dois indivíduos foram
desconsiderados no grupo A pela falta da idade exata dos mesmos. Dessa forma, a
distribuição de sexo por grupo foi de:
Tabela 1: Distribuição do sexo nos grupos de estudo A, B e C.
Grupo A (28) Grupo B (30) Grupo C (30)
13 masculino
15 feminino
15 masculino
15 feminino
14 masculino
16 feminino
As médias/mediana (desvio padrão / intervalo interquartil) de idade para os
grupos foram:
Grupo A, com mediana de 17 (5).3
Grupo B, com média de 33,7 (2,9).
Grupo C, com média de 60,7 (8,8).
Foram calculados os volumes talâmicos das segmentações realizadas com o
MRIcron, as tabelas completas dos volumes, com idades e sexo das imagens
analisadas podem ser observadas no APÊNDICE 1.
Foram analisados os grupos A, B e C individualmente. Foi aplicado o teste de
Shapiro-Wilk a cada um dos três e foi observada normalidade nos volumes talâmicos
dos Grupos B e C no tálamo esquerdo e direito, entretanto o Grupo A não apresentou
normalidade nos volumes talâmicos. A explicação para a não-normalidade está no
critério de escolha da idade dos indivíduos, que se acumularam em 12 e 18 anos.
Sendo esta uma fase de crescimento, esses polos causaram por consequência uma
distribuição de volumes também bipolar.
O grupo A apresentou uma mediana de 4717 mm³ com intervalo interquartil de
430,25 mm³ para o tálamo esquerdo e 4642 mm³ (474,25) para o tálamo direito; o
grupo B apresentou uma média de 5585,7 mm³ e desvio padrão de 183,1 mm³ para o
3 Para o grupo A, descrevemos nossa amostra com mediana (intervalo interquartil) por ter resultado em uma
amostra não-normal (não-paramétrica), como foi verificado a seguir.
19
tálamo esquerdo e 5543,7 mm³ (203,1) para o tálamo direito; e o grupo C apresentou
uma média de 4372,1 mm³ e desvio padrão de 240,3 mm³ para o tálamo esquerdo e
4333,8 mm³ (203,8) para o tálamo direito.
Foi testada a normalidade das duas amostras de volumes talâmicos esquerdo
e direito (todos os grupos juntos, Grupo 1 – TE, Grupo 2 – TD) utilizando o teste de
Shapiro-Wilk e para ambos encontramos p<0,001, o que indica que não podemos
utilizar testes paramétricos. Foi observado pelas médias um maior volume do tálamo
esquerdo em comparação com o direito e para testar a hipótese de que o volume
talâmico esquerdo é significativamente maior que o direito foi testada a hipótese de
que TE=TD com hipótese alternativa HA: TE>TD. Para verificar a significância dessa
diferença de volumes foi feito o teste dos postos sinalizados de Wilcoxon unicaudal e
foi obtido um p=0,0086, o que confirma que a média populacional do TE é maior que
a do TD.
A Figura 5 mostra a distribuição dos volumes talâmicos bilaterais em função
das idades dos indivíduos estudados.
Figura 5: Distribuição dos volumes talâmicos bilaterais em função das idades.
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
VO
LU
ME
DO
TÁ
LA
MO
[M
M^3
]
IDADE [ANOS]
Gráfico do Volume talâmico x Idade
T.E.
T.D.
Polinômio (T.D.)
20
Utilizando as medidas volumétricas talâmicas bilaterais, foi calculado o volume
talâmico total de cada indivíduo. A dependência temporal desses volumes pode ser
vista na Figura 6.
Figura 6: Volume talâmico total de cada indivíduo em função da idade.
Na Figura 7 estão mostrados os volumes talâmicos esquerdo e direito de cada
um dos três grupos estudados.
Figura 7: Volumes talâmicos esquerdo e direito dos três grupos de estudo A, B e C.
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
10500
11000
11500
12000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
VO
LU
ME
TA
LÂ
MIC
O T
OT
AL [
MM
ˆ3]
IDADE [ANOS]
Volume talâmico total por indivíduo x Idade
Vo
lum
e [m
mˆ3
]
3500
4000
4500
5000
5500
6000
Volume talâmico esquerdo
12-20 anos
30-40 anos
50-90 anos
Vo
lum
e [m
mˆ3
]
3500
4000
4500
5000
5500
6000
Volume talâmico direito
12-20 anos
30-40 anos
50-90 anos
21
Para a comparação entre grupos fizemos um teste de Kruskal-Wallis, utilizado
para comparação com mais de duas amostras não paramétricas, e foi encontrado um
p=0,55 que não tem significância estatística e não permite reconhecer diferença entre
os grupos A, B e C.
Como foi verificada a normalidade dos grupos B e C, foi feito um teste t Student
unicaudal para verificar que o volume talâmico do grupo de 30-40 anos é maior que o
volume do grupo de 50-90 anos e foi encontrado um p<2,2.10-16, tanto no teste para
o tálamo direito como para o tálamo esquerdo, o que mostra alta significância na
diferença de tais grupos.
Foi feita a diferença entre os tálamos esquerdo-direito e foi analisada como
essa assimetria se relaciona com o sexo. Utilizando as tabelas do APÊNDICE 1 foram
obtidas as diferenças TE-TD e dois grupos foram montados, um para cada sexo. A
normalidade de cada grupo foi verificada pelo teste de Shapiro-Wilk e foi utilizado um
teste t para testar a hipótese de que as mulheres possuem maior assimetria
volumétrica talâmica, entretanto não obtivemos significância estatística (p>0,05).
Das tabelas no APÊNDICE 1, foram sorteados aleatoriamente 13 indivíduos de
cada sexo, de maneira que o número de indivíduos fosse igual nos três grupos (Tabela
1). Foram avaliados apenas os grupos B e C (APÊNDICE 2) para que fosse analisado
apenas o envelhecimento pós-maturidade, ou seja, apenas indivíduos adultos e
idosos. Um teste de hipótese analisando a influência dos fatores sexo e idade nos
volumes talâmicos foi feito. Para estudar a influência dos fatores conjuntos sexo e
idade nos volumes talâmicos foi realizado o teste ANOVA de dois fatores (sexo e
idade) com repetição. A normalidade de cada um dos oito grupos (4 para TE e 4 para
TD) foram checados via teste Shapiro-Wilk. A Tabela 2 mostra os resultados do teste
para o tálamo esquerdo e a Tabela 3 mostra os resultados para o tálamo direito.
Tabela 2: Análise volumétrica dos tálamos esquerdos. Anova fator duplo com repetição.
ANOVA
Fonte de variação SQ gl MQ F valor P F crítico
Amostra (sexo) 275067,769 1 275067,769 6,307627 0,01544061 4,04265213
Colunas (idade) 18636094,2 1 18636094,2 427,347528 1,5231E-25 4,04265213
Interacções 60793,9231 1 60793,9231 1,39407605 0,24353572 4,04265213
Dentro (erro) 2093220,31 48 43608,7564
Total 21065176,2 51
22
Tabela 3: Análise volumétrica dos tálamos direitos. Anova fator duplo com repetição.
ANOVA
Fonte de variação SQ gl MQ F valor P F crítico
Amostra (sexo) 268129,923 1 268129,923 7,31176248 0,00944874 4,04265213
Colunas (idade) 18885966,2 1 18885966,2 515,010401 2,6001E-27 4,04265213
Interacções 40209,9231 1 40209,9231 1,09650353 0,30027912 4,04265213
Dentro (erro) 1760209,85 48 36671,0385
Total 20954515,9 51
Analisando os resultados apresentados na Tabela 2 na Tabela 3, foi observada a
significância dos valores que mostram diferenças volumétricas quando considerado o
sexo (p=0,015 e p=0,009, para TE e TD respectivamente) e a idade dos indivíduos
(p=1,5.10-25 e p=2,6.10-27, para TE e TD respectivamente). Como p=0,3 para as
interações, foi comprovado que não há evidência para a interação dos dados.
O encéfalo de cada indivíduo foi segmentado de maneira a manter os volumes
apenas da substância branca, cinzenta e do líquido cefalorraquidiano.
Utilizando o comando fslstats [23] foram calculados os volumes dos encéfalos
(EC) e com eles encontrada a proporção do volume talâmico total (T.T.)
correspondente a cada encéfalo – T.T./EC (APÊNDICE 1). A Figura 8 mostra a
proporção do volume talâmico em cada grupo de estudo.
Figura 8: Proporção do volume talâmico no envelhecimento.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90VO
LUM
E TA
LÂM
ICO
TO
TAL/
VO
LUM
E EN
CEF
ÁLI
CO
[%
]
IDADE [ANOS]
Volume talâmico normalizado no envelhecimento
23
A normalidade de T.T./EC nos três grupos A, B e C foi verificada utilizando o
teste de Shapiro-Wilk e o grupo A continua sendo não-normal. Assim, foi feito um teste
de Kruskal-Wallis que resultou um p=0,46 que não permite afirmar que pelo menos
um dos grupos é diferente. Comparando a Figura 6 com a Figura 8, pode-se perceber
que na segunda as proporções volumétricas dos três grupos apresentam-se
concentradas entre as faixas de 0,4 e 0,8%, isto corrobora a semelhança entre os
grupos e a não rejeição da hipótese de que as médias populacionais são iguais.
24
DISCUSSÃO
Estudos recentes sobre o desenvolvimento cerebral demonstram que várias
alterações ocorrem durante a infância e a adolescência [25], o que pode explicar os
baixos volumes encontrados no grupo A (12-20 anos) quando comparados ao grupo
B (30-40 anos), por exemplo, considerando a idade dos dois grupos.
Achados do presente estudo também indicam um pico de volume talâmico entre
as idades de 30 e 40 anos, representadas pelo grupo B. Sabe-se que o cérebro atinge
seu amadurecimento após a adolescência. Os volumes obtidos na segmentação do
grupo B podem sugerir uma divisão etária para o início da perda de volume cerebral
indicado pelos dados do grupo C (50-90 anos).
O envelhecimento normal reduz o volume tanto da substância branca quanto
da substância cinzenta do cérebro, sendo que esse processo é acelerado após os
sessenta anos de idade [26]. Entretanto a redução da substância cinzenta é mais
significativa [27], dessa forma podemos observar redução significativa do volume do
tálamo, que é uma estrutura de substância cinzenta.
O tálamo é mais afetado pela atrofia do que outras regiões cerebrais, e esta
atrofia está associada à agilidade cognitiva [25]. Naturalmente, com o passar dos
anos, o parênquima cerebral diminui à medida que os ventrículos aumentam,
processo que pode afetar a estrutura talâmica, posta a sua proximidade com os
ventrículos laterais na região diencefálica [28]. Estas informações da literatura apoiam
nossos achados neste estudo, posto que o menor volume talâmico foi encontrado no
grupo C, composto por indivíduos acima dos 50 anos de idade.
Foi observada maior assimetria talâmica em mulheres, com média de 45 mm3
(144) em comparação com os homens 34 mm3 (157), entretanto não foi conseguida
significância dos resultados como na literatura [29].
Dada a associação da estrutura com a função cognitiva, a criação dos
templates dos VOIs para os grupos abordados, compostos por indivíduos saudáveis,
permite o estudo do desenvolvimento cerebral e a investigação da relação entre idade
e declínio cognitivo, bem como auxilia no diagnóstico, planejamento cirúrgico e
acompanhamento de determinadas doenças neurológicas que envolvem o tálamo,
tais como o acidente vascular encefálico, a epilepsia, o Parkinson, Alzheimer e a
esclerose múltipla. Conhecendo os valores volumétricos médios esperados do tálamo
em indivíduos normais, é possível auxiliar no diagnóstico precoce de doenças que
25
acometem o tálamo alterando o seu volume, como as doenças neurológicas
degenerativas.
Em um estudo de coorte com 10.722 indivíduos normais (idade: 2-92 anos), os
volumes talâmicos direito e esquerdo encontrados foram significativamente variados,
com volumes esquerdos superiores aos direitos e também dependentes da idade [15],
como pode-se observar ao comparar os tálamos esquerdos com os direitos deste
trabalho, onde foi encontrada significante evidência que os tálamos esquerdos foram
maiores. Um motivo para esta diferença de dominância (canhoto ou destro) é causada
justamente pela assimetria talâmica [30]. Neste mesmo trabalho [15], foi mostrado que
o volume máximo encontrado foi entre 15-19 anos. A Figura 9 mostra graficamente
tais resultados. Os dados para o grupo A (12-20 anos) estão nesta região de
crescimento, entretanto não é possível perceber a curva ascendente nitidamente pois
a variabilidade interpessoal foi grande.
Figura 9: Volume talâmico no envelhecimento. Adaptado de [15]
Os volumes talâmicos dos homens foi superior ao das mulheres nos grupos B
e C, isso pode ser explicado pelas próprias características superiores de altura e
massa corpórea do homem no Brasil [31] [32].
Analisando a proporção do tálamo total normalizado pelo volume encefálico não
foi possível observar diferenças entre os grupos, o que mostra que a perda de volume
no cérebro com o envelhecimento é constante, ou seja, o tálamo diminui de volume
porque o cérebro, como um todo, diminuiu de volume.
Tálamo
Volu
me
Idade
26
É sabido que a substância cinzenta sofre maior perda de volume que a
substância branca [27], como perspectiva futura, outro estudo que poderia ser levado
em conta é a proporção do tálamo com o volume de substância cinzenta, para
entender se o tálamo tem comportamento diferente do esperado, já que ele é uma
estrutura de substância cinzenta.
27
CONCLUSÃO
Pode-se concluir que existe diferença significativa no volume talâmico quando
comparamos o grupo de 30-40 anos e o grupo de 50-90 anos devido a perda
volumétrica encefálica decorrente do envelhecimento. Entre estes dois grupos
também pudemos verificar significante diferença quando consideramos o sexo,
sendo a maior volumetria encontrada em homens.
Foi verificada maior volumetria no tálamo esquerdo, independente da idade ou
sexo, quando comparamos com o tálamo direito, isto explica a dominância
destra ser mais expressiva.
Pela análise da proporção do volume talâmico com o encéfalo no
envelhecimento verificou-se que a diferença no volume com a idade não é
independente da variação do volume do encéfalo.
28
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29
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30
[31] IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, “Pesquisa de Orçamentos Familiares 2008-2009: antropometria e estado nutricional de crianças, adolescentes e adultos no Brasil,” Brasilia, 2010.
[32] Wikipédia, a enciclopédia livre, “Estatura,” 2016. [Online]. Available: https://pt.wikipedia.org/wiki/Estatura. [Acesso em 8 Novembro 2018].
31
APÊNDICE 1
Abaixo apresentamos as tabelas completas dos volumes talâmicos por grupos etários estudados:
Tabela 4: Grupo A - Indivíduos de 12 a 20 anos.
Grupo A - Indivíduos de 12 a 20 anos
Idade [anos]
Sexo Tálamo Esquerdo (TE) [mm3]
Tálamo Direito
(TD) [mm3]
Tálamo total (TT)
[mm3]
Encéfalo (EC) [mm3]
TT/EC [%]
01 13 M 4809 4980 9789 1569004 0,62390
02 19 M 4974 4974 9948 1444001 0,68892
03 12 M 4784 4870 9654 1538712 0,62741
04 19 F 4959 4996 9955 1589109 0,62645
05 18 F 4717 4268 8985 1436502 0,62548
06 19 M 4828 4506 9334 1306821 0,71425
07 14 M 4956 4917 9873 1461067 0,67574
08 20 F 4734 4768 9502 2570120 0,36971
09 17 M 4498 4586 9084 1207238 0,75246
10 19 F 4812 4817 9629 1551731 0,62053
11 19 F 4929 4529 9458 1429268 0,66174
12 20 M 4358 4398 8756 1495573 0,58546
13 14 F 4717 4779 9496 1490451 0,63712
14 12 M 4678 4396 9074 1292582 0,70201
15 17 F 4722 4840 9562 1558598 0,61350
16 19 F 4718 4948 9666 1721657 0,56144
17 16 M 4382 4178 8560 1367027 0,62618
18 17 F 4358 4232 8590 1380729 0,62214
19 12 F 4387 4213 8600 1648329 0,52174
20 16 F 4298 4404 8702 1308599 0,66499
21 20 F 4418 4294 8712 2351893 0,37043
22 17 F 4309 4135 8444 1813898 0,46552
23 12 M 4316 4723 9039 2040944 0,44288
24 12 F 4875 4698 9573 1360805 0,70348
25 19 M 4641 4919 9560 1716219 0,55704
26 18 M 4589 4440 9029 1488598 0,60654
27 17 F 4351 4338 8689 1781495 0,48774
28 16 M 4955 4851 9806 1537382 0,63784
29* M 4652 4510 9162 1309376 0,69972
30* M 4865 4989 9854 1845865 0,53384
* valores desprezados nos cálculos devido a falta da informação exata da idade.
32
Tabela 5: Grupo B - Indivíduos de 30 a 40 anos.
Indivíduos de 30 a 40 anos
Idade [anos]
Sexo Tálamo Esquerdo (TE) [mm3]
Tálamo Direito
(TD) [mm3]
Tálamo total (TT)
[mm3]
Encéfalo (EC) [mm3]
TT/EC [%]
01 31 M 5390 5340 10730 1788030 0,60010
02 31 F 5230 5120 10350 1368831 0,75612
03 32 M 5830 5800 11630 1810283 0,64244
04 31 M 5550 5430 10980 1538456 0,71370
05 31 F 5450 5390 10840 1355255 0,79985
06 34 F 5210 5240 10450 1409285 0,74151
07 36 F 5480 5390 10870 1572150 0,69141
08 37 M 5880 5830 11710 1655386 0,70739
09 35 F 5640 5770 11410 2139635 0,53327
10 31 M 5560 5410 10970 1709053 0,64188
11 32 F 5380 5200 10580 1300882 0,81329
12 32 M 5410 5440 10850 1192035 0,91021
13 32 M 5750 5690 11440 2270452 0,50386
14 31 M 5820 5750 11570 1773673 0,65232
15 31 M 5670 5730 11400 1560329 0,73062
16 32 M 5580 5530 11110 1700263 0,65343
17 34 M 5770 5640 11410 1448376 0,78778
18 35 M 5680 5610 11290 2257425 0,50013
19 31 F 5570 5620 11190 1294419 0,86448
20 38 F 5610 5650 11260 1534293 0,73389
21 39 M 5870 5850 11720 1593549 0,73547
22 31 F 5600 5680 11280 1373295 0,82138
23 40 F 5550 5410 10960 1320725 0,82985
24 32 M 5800 5760 11560 1730163 0,66815
25 32 F 5310 5260 10570 1318417 0,80172
26 37 F 5640 5530 11170 2189689 0,51012
27 37 F 5640 5710 11350 1524624 0,74445
28 39 F 5380 5330 10710 1199400 0,89295
29 36 F 5570 5530 11100 1795602 0,61818
30 32 M 5750 5670 11420 1560864 0,73165
33
Tabela 6: Grupo C - Indivíduos de 50 a 90 anos.
Indivíduos de 50 a 90 anos
Idade [anos]
Sexo Tálamo Esquerdo (TE) [mm3]
Tálamo Direito
(TD) [mm3]
Tálamo total (TT)
[mm3]
Encéfalo (EC) [mm3]
TT/EC [%]
01 56 M 4534 4465 8999 1637479 0,54956
02 69 M 4005 4106 8111 1579444 0,51354
03 53 F 4615 4798 9413 1796369 0,52400
04 52 F 4640 4534 9174 1763536 0,52020
05 70 M 4318 4446 8764 1421597 0,61649
06 50 F 4678 4488 9166 1413367 0,64852
07 59 M 4535 4159 8694 2151892 0,40402
08 64 F 4497 4267 8764 1565926 0,55967
09 80 F 4289 4092 8381 1154063 0,72622
10 60 F 4359 4527 8886 2311849 0,38437
11 54 F 4109 4188 8297 1496211 0,55453
12 62 F 4415 4376 8791 2257500 0,38941
13 53 F 4346 4177 8523 1539485 0,55363
14 66 M 4262 4461 8723 1863810 0,46802
15 80 F 4178 4232 8410 1285091 0,65443
16 60 M 4693 4664 9357 1871307 0,50002
17 63 M 4047 4208 8255 1515800 0,54460
18 66 M 4866 4706 9572 1494562 0,64046
19 82 F 4169 4029 8198 1247190 0,65732
20 50 F 4468 4263 8731 2027476 0,43063
21 59 M 4713 4453 9166 2080003 0,44067
22 60 F 4085 4186 8271 1512130 0,54698
23 55 M 4031 4028 8059 1254807 0,64225
24 59 F 4499 4568 9067 1598306 0,56729
25 52 M 4523 4281 8804 2309843 0,38115
26 60 M 4627 4481 9108 1485235 0,61324
27 52 F 4071 4155 8226 1330453 0,61829
28 50 M 4152 4200 8352 1557695 0,53618
29 63 F 4282 4230 8512 1179766 0,72150
30 61 M 4157 4246 8403 * *
* não foi possível calcular o volume encefálico para o indivíduo por segmentação automática.
34
APÊNDICE 2
Abaixo apresentamos as tabelas completas dos volumes talâmicos para análise de idade e sexo.
Tabela 7: Volumes de tálamo esquerdo.
Idade
30-40 anos 50-90 anos
Sexo
F
5570 4071
5450 4640
5210 4678
5480 4497
5640 4289
5380 4359
5570 4109
5610 4415
5600 4346
5550 4178
5310 4169
5230 4468
5380 4085
M
5390 4534
5830 4005
5550 4318
5880 4535
5560 4262
5410 4693
5750 4047
5820 4866
5670 4713
5580 4031
5770 4523
5680 4627
5870 4152
35
Tabela 8: Volumes de tálamo direito.
Idade
30-40 anos 50-90 anos
Sexo
F
5390 4534
5240 4488
5390 4267
5770 4092
5200 4527
5620 4188
5650 4376
5680 4177
5410 4232
5260 4029
5530 4263
5120 4186
5200 4155
M
5340 4465
5800 4106
5430 4446
5830 4159
5410 4461
5440 4664
5690 4208
5750 4706
5730 4453
5530 4028
5640 4281
5610 4481
5850 4200
36
ANEXO A Abaixo o certificado do registro o software desenvolvido.
Figura 10: Certificado de Registro do software AVFSL
37
ANEXO B
Algoritmo do script AVFSL
#!/bin/bash
#Este script aplica o comando bet2 (extrai o encéfalo) de 30 imagens
salvas como C1...C30.nii
#Estas imagens processadas são salvas como bet2_C1...C30.nii.gz
COUNTER=1
while [ $COUNTER -lt 31 ]; do
bet2 C$COUNTER.nii bet2_C$COUNTER.nii.gz
echo Imagem $COUNTER processada
let COUNTER=COUNTER+1
done
#Este script aplica o comando fslstats que calcula o volume das imagens
previamente salvas.
COUNTER=1
while [ $COUNTER -lt 31 ]; do
echo O volume de bet2_C$COUNTER é
fslstats bet2_C$COUNTER.nii.gz -V
let COUNTER=COUNTER+1
done
