Obrazowanie tensora dyfuzji

Rezonans magnetyczny Dyfuzja ważony (w skrócie DW MRI o angielskiej dyfuzji ważone obrazowania metodą rezonansu magnetycznego ) jest techniką obrazowania , że przy pomocy rezonansu magnetycznego (MRI), przy czym ruch dyfuzji z cząsteczkami wody, o wymiarach w tkance ciała, a jest przestrzennie rozwiązany. Służy do badania mózgu , ponieważ zachowanie dyfuzyjne w tkance zmienia się charakterystycznie w niektórych chorobach ośrodkowego układu nerwowego, a kierunkowa zależność dyfuzji pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat przebiegu dużych wiązek włókien nerwowych . Podobnie jak w przypadku konwencjonalnego rezonansu magnetycznego, obrazowanie zależne od dyfuzji jest nieinwazyjne : ponieważ kontrast obrazu uzyskuje się wyłącznie za pomocą gradientów pola magnetycznego , nie wymaga wstrzykiwania środka kontrastowego ani stosowania promieniowania jonizującego .

Obrazowania tensora dyfuzji (w skrócie DTI z angielskiego obrazowania tensora dyfuzji lub DT-MRI of diffusion tensor rezonansu magnetycznego ) jest często stosowany wariant DW-MRI, który wykrywa również kierunkowość dyfuzji. Dla każdego elementu objętości ( woksela ) nie tylko określa pojedynczą wartość liczbową, która może być wyświetlana jako wartość szarości na obrazie przekrojowym , ale także oblicza tensor (konkretnie: macierz 3×3 ) opisujący dyfuzję trójwymiarową zachowanie. Takie pomiary są bardziej czasochłonne niż konwencjonalne zapisy MRI i generują większe ilości danych, które radiolog może zinterpretować tylko przy użyciu różnych technik wizualizacji .

Obrazowanie dyfuzyjne pojawiło się w latach 80. XX wieku. Jest teraz wspierany przez wszystkie nowe urządzenia do rezonansu magnetycznego i ugruntował swoją pozycję w codziennej praktyce klinicznej w diagnostyce udarów , ponieważ dotknięte chorobą obszary mózgu można rozpoznać wcześniej na obrazach ważonych dyfuzją niż w klasycznym rezonansie magnetycznym. Obrazowanie tensora dyfuzji zostało opracowane przez Petera J. Bassera i Denisa Le Bihana w połowie lat dziewięćdziesiątych . Niektóre kliniki używają ich do operacji i planowania radioterapii . Ponadto DT-MRI jest wykorzystywany w badaniach medycznych do badania chorób związanych ze zmianami w istocie białej (takich jak choroba Alzheimera czy stwardnienie rozsiane ). Dalszy rozwój samego obrazowania dyfuzyjnego jest również aktualnym przedmiotem badań, na przykład w kontekście projektu Human Connectome .

DT-MRI umożliwia rekonstrukcję dróg nerwowych w mózgu (traktografia).

Metoda pomiaru

Podstawy

Obrazowanie dyfuzyjne opiera się na tych samych zasadach fizycznych, co konwencjonalne MRI (patrz także artykuł główny, rezonans magnetyczny ). Wykorzystuje się to, że protony mają na moment magnetyczny i ustawiają się równolegle albo (stan niskiej energii) albo przeciwrównoległą (stan wysokiej energii) w zewnętrznym polu magnetycznym. W równowadze występuje większa liczba protonów w stanie niskoenergetycznym, co tworzy wektor sumaryczny równoległy do ​​pola zewnętrznego ( efekt paramagnetyczny ). Kierunek pola zewnętrznego jest określany jako oś z w kontekście MRI ; prostopadła do tego jest płaszczyzna xy .

Oś obrotu protonów precesuje wokół osi z. Częstotliwość tego ruchu jest proporcjonalna do natężenia zewnętrznego pola magnetycznego i nazywana jest częstotliwością Larmora . Wysokiej częstotliwości fal elektromagnetycznych ( „Pulse HF”) z tej częstotliwości stymuluje momenty magnetyczne w celu zmiany ich stan ( jądrowego rezonansu magnetycznego ). W rezultacie, w zależności od siły i czasu trwania impulsu, wyrównanie wektora sumy zmienia się, „przewraca”. Momenty odwrócone początkowo obracają się w fazie , tak że wektor sumaryczny ma teraz również składową (obrotową) w płaszczyźnie xy.

Efekt ten można zaobserwować za pomocą cewki pomiarowej, która jest prostopadła do płaszczyzny xy; w nim indukuje wirujący moment netto napięcie. Jeśli wyłączysz impuls HF, protony wracają do stanu równowagi. Z powodu niejednorodności pola zewnętrznego i zderzeń termicznych („oddziaływanie spin-spin”) następuje również utrata spójności fazowej i zanika składowa xy wektora sumy. Aby zaobserwować ruch dyfuzyjny, należy wykonać eksperyment NMR „rozdzielczości przestrzennej”, czyli eksperyment NMR gradientu pola, w którym zastosowanie gradientów pola magnetycznego uzależnia częstotliwość sygnału NMR od lokalizacji, a tym samym zmiany położenia cząsteczek wody poprzez można zaobserwować dyfuzję.

Sekwencje MRI ważone dyfuzją

Schemat sekwencji Stejskal-Tanner. Ruch dyfuzyjny wzdłuż pól gradientu jest mierzony jako osłabienie echa spinowego (wyjaśnienia w tekście artykułu).

Sekwencja MRT ważona dyfuzją (patrz schemat) zaczyna się od przechylenia wektora sumy o 90 ° w płaszczyźnie xy. Ważenie dyfuzji odbywa się za pomocą krótko przełączanego pola gradientu, które zmienia natężenie pola zewnętrznego pola magnetycznego w określonym kierunku. W tym kierunku jądra nie przechodzą już z tą samą częstotliwością Larmora; wychodzą z fazy i napięcie indukowane w cewce pomiarowej zanika.

Następnie kierunek rotacji jąder jest odwracany nowym impulsem HF (impuls 180 °) i ponownie włączane jest to samo pole gradientu. Ze względu na identyczne różnice częstotliwości, gdy kierunek obrotów jest odwrócony, momenty magnetyczne są teraz z powrotem w fazie i ponownie pojawia się napięcie, echo spinowe . Jest to jednak słabsze niż sygnał na początku sekwencji, ponieważ niektóre jądra nie wracają do fazy - są to zwłaszcza te, które podczas pomiaru poruszały się w kierunku pola gradientu. Ruch dyfuzyjny w tym kierunku wyraża się osłabieniem sygnału.

Jak opisano powyżej, oddziaływania spinowo-spinowe również osłabiają echo spinowe; z drugiej strony skutki niejednorodności pola są eliminowane przez sekwencję pomiarową. Aby móc oszacować wpływ ruchu dyfuzyjnego, potrzebny jest drugi zapis do porównania, w którym nie jest przełączany żaden gradient.

Model fizyczny

Aby opisać kierunkową zależność dyfuzji, DT-MRI wykorzystuje matematyczny model dyfuzji swobodnej, który jest opisany w fizyce prawami Ficka . W przypadku trójwymiarowym pierwszym z nich jest prawo Ficka

${\ displaystyle {\ vec {J}} = - D \ nabla c.}$

Wiąże gęstość strumienia cząstek z gradientem stężenia . Jako współczynnik proporcjonalności pojawia się skalarny współczynnik dyfuzji . W ośrodkach anizotropowych współczynnik dyfuzji jest zależny od kierunku i dlatego w powyższym równaniu należy go zastąpić tensorem dyfuzji – symetryczną macierzą 3 × 3, która opisuje tutaj odwzorowanie liniowe . ${\ displaystyle {\ vec {J}}}$ ${\ styl wyświetlania \ nabla c}$${\ styl wyświetlania D}$${\ styl wyświetlania \ mathbf {D}}$

Obrazowanie dyfuzyjne mierzy samodyfuzję wody, tj. ruch molekularny Browna, który cząsteczki wody stale wykonują dzięki swojej energii cieplnej . Nie jest to związane z gradientem stężenia, ale stanowi fizyczną podstawę procesu opisanego przez prawa Ficka i dlatego jest zgodne z tym samym modelem matematycznym. Ściśle mówiąc, opisany model tensora dyfuzji nie może być wykorzystany w DT-MRI, ponieważ nie ma tu dyfuzji swobodnej, a raczej ruch molekularny jest ograniczony przez przeszkody na poziomie komórkowym. Celem metody jest wyciągnięcie wniosków na temat struktury tkanki, w której woda dyfunduje z obserwacji tego ograniczenia.

Z tego powodu zamiast współczynników dyfuzji mówi się dokładniej o pozornym współczynniku dyfuzji (ADC), „pozornym” współczynniku dyfuzji, który zależy nie tylko od kierunku, ale także od długości dyfuzji : krótki odstęp czasu, w którym większość cząsteczek nie napotyka w tym czasie żadnych przeszkód, dyfuzja wydaje się wolna; jeśli czas dyfuzji zostanie zwiększony, ruch jest ograniczony, a ADC maleje. W zastosowaniach technicznych efekt ten jest wykorzystywany do określania średnicy porów substancji mikroporowatych poprzez pomiary ze zmiennymi czasami dyfuzji. W obrazowaniu tensora dyfuzji znany jest rząd wielkości badanych struktur komórkowych, dzięki czemu można do nich dostosować czas dyfuzji. W praktyce DT-MRI można zatem zignorować zależność ADC od długości dyfuzji i często nadal mówić w uproszczony sposób o współczynnikach dyfuzji.

Obliczanie tensora dyfuzji

Centralne równanie obrazowania tensora dyfuzji opisuje tłumienie sygnału pomiarowego w zależności od parametrów pomiaru i tensora dyfuzji. Nazywa się to równaniem Stejskala-Tannera:

${\ displaystyle A ({\ vec {g}}) = A_ {0} \ cdot e ^ {- b \, {\ vec {g}} ^ {T} \ mathbf {D} {\ vec {g}} }.}$

${\ styl wyświetlania A ({\ vec {g}})}$oznacza siłę sygnału pod wpływem pola gradientu w kierunku , jest siłą sygnału nieważonego pomiaru i podsumowuje parametry pomiaru. Tensor dyfuzji opisuje dodatni półokreślony kształt kwadratu, który przypisuje ADC do każdego kierunku . ${\ displaystyle {\ vec {g}}}$${\ styl wyświetlania A_ {0}}$${\ styl wyświetlania b}$${\ styl wyświetlania \ mathbf {D}}$${\ displaystyle {\ vec {g}}}$

${\ displaystyle {\ vec {g}}}$i są określane przed pomiarem. i są znane po pomiarze. Ponieważ symetryczna macierz ma sześć stopni swobody, oprócz nieważonych pomiarów konieczne jest co najmniej sześć pomiarów ważonych dyfuzją w różnych kierunkach, aby móc oszacować pełny tensor dyfuzji przy użyciu równania. Ponieważ dokładność wyników jest ograniczona z powodu szumu i artefaktów pomiarowych , pomiary są zwykle powtarzane lub stosowane są dodatkowe kierunki. Estymacji tensora dokonuje się wtedy np. metodą najmniejszych kwadratów . ${\ styl wyświetlania b}$${\ styl wyświetlania A ({\ vec {g}})}$${\ styl wyświetlania A_ {0}}$${\ styl wyświetlania \ mathbf {D}}$

Duża liczba pojedynczych pomiarów wyjaśnia czas potrzebny na proces, który w zależności od liczby obrazów warstwowych, wymaganej dokładności i natężenia pola skanera wynosi od kilku minut do godziny. Ponieważ zabieg jest wrażliwy na ruchy zewnętrzne, głowa badanego jest w tym czasie utrzymywana w miejscu przez ramę.

Interpretacja współczynnika dyfuzji

W tkance mózgowej ruchliwość cząsteczek wody jest ograniczana przez przeszkody, takie jak błony komórkowe . W szczególności w obecności gęsto upakowanych włókien nerwowych molekuły mogą swobodniej poruszać się wzdłuż wydłużonych aksonów niż w poprzek nich. Podstawowym założeniem przy interpretacji danych z tensora dyfuzji jest zatem to, że kierunek największego współczynnika dyfuzji odzwierciedla przebieg włókien nerwowych.

Taka interpretacja musi uwzględniać, że aksony o średnicy w zakresie mikrometrów są znacznie poniżej rozdzielczości zabiegu, czyli kilku milimetrów. Zmierzony sygnał reprezentuje zatem średnią wartość w określonej objętości, co ma znaczenie tylko wtedy, gdy tkanka jest jednorodna w tym obszarze. Dlatego można wyświetlić tylko większe wiązki włókien nerwowych. Dokładne mechanizmy leżące u podstaw obserwowanego zachowania dyfuzyjnego nie zostały jednoznacznie wyjaśnione. Na podstawie wcześniejszych badań zakłada się, że zależność kierunkowa wpływa zarówno na cząsteczki wewnątrz, jak i na zewnątrz komórek i jest wzmacniana przez mielinizację włókien nerwowych, ale nie jest spowodowana wyłącznie przez nią.

Również we włóknach mięśniowych ruch dyfuzyjny ma wyraźnie preferowany kierunek. Model tensora dyfuzji został po raz pierwszy przetestowany przy użyciu pomiarów na mięśniach szkieletowych , ponieważ wyniki są tutaj łatwe do zweryfikowania. Strukturę mięśnia sercowego ssaków, w którym ułożenie poszczególnych włókien między ścianą wewnętrzną i zewnętrzną ( wsierdzie lub nasierdzie ) obraca się o około 140°, można również uwidocznić za pomocą pomiarów tensora dyfuzji na preparowanych sercach. Badanie bijącego serca jest również możliwe dzięki specjalnie dostosowanym sekwencjom pomiarowym; Jest to jednak czasochłonne i jak dotąd (od 2012 r.) nie jest to jeszcze rutyna kliniczna.

Wyobrażanie sobie

Na obrazach plasterków DTI główny kierunek rozproszenia jest często reprezentowany przez kolory.

Elipsoidy dyfuzyjne umożliwiają szczegółowe pokazanie sekcji danych.

Kompletny zestaw danych tensora dyfuzji zawiera więcej informacji, niż człowiek mógłby uzyskać z pojedynczego obrazu. W rezultacie opracowano szereg technik, z których każda ogranicza się do zilustrowania pewnych aspektów danych i uzupełnia się nawzajem. Reprezentacje obrazów przekrojowych, traktografii i glifów tensorowych stały się w praktyce ugruntowane.

Widoki przekrojowe

Aby wyświetlić obrazy przekrojowe, jak są one znane z tradycyjnego MRT, tensory dyfuzji są redukowane do wartości szarości lub koloru. Wartości szarości są obliczane z wartości własnych tensora dyfuzji. Szczególnie powszechne są średni współczynnik dyfuzji i anizotropia frakcyjna . Ta ostatnia wskazuje, jak kierunkowa jest dyfuzja i jest wskaźnikiem integralności wiązki włókien. Takie obrazy są często oceniane wyłącznie wizualnie w celach diagnostycznych i umożliwiają diagnozowanie np. udarów. W kontekście badań grupowych badane są różnice statystyczne w tych miarach, np. spadek anizotropii w niektórych chorobach.

Ponadto kierunek największego współczynnika dyfuzji jest często kodowany jako wartość koloru. Każdej z trzech osi przypisany jest jeden z podstawowych kolorów: czerwony, zielony i niebieski, które mieszają się w kierunkach pomiędzy nimi. Woksele bez wyraźnego kierunku głównego są szare (patrz rysunek).

Traktografia

Techniki odtwarzające przebieg większych wiązek włókien nerwowych określa się mianem traktografii lub śledzenia włókien . Do wizualizacji reprezentacje linii hiperprądowych są powszechnymi, trójwymiarowymi liniami, których przebieg jest zgodny z kierunkiem największego współczynnika dyfuzji. Rysunek na początku tego artykułu pokazuje przykład wszystkich wiązek, które przecinają płaszczyznę środkową . Alternatywnym podejściem jest traktografia probabilistyczna, w której na podstawie danych oblicza się prawdopodobieństwo dla każdego punktu w mózgu, z którym można założyć połączenie nerwowe z danym obszarem wyjściowym. Takie wyniki są mniej odpowiednie do generowania znaczących obrazów, ale pozwalają na stwierdzenia ilościowe i dlatego są wykorzystywane w badaniach poznawczych .

Fakt, że obrazowanie tensora dyfuzji jest obecnie jedyną metodą pozwalającą na nieinwazyjną wizualizację wiązek włókien nerwowych znacząco przyczynił się do ich rozpowszechnienia. Z drugiej strony utrudnia to sprawdzenie, na ile wyniki powszechnie stosowanych metod traktograficznych odpowiadają rzeczywistemu przebiegowi dróg nerwowych. Wstępne próby walidacji w doświadczeniach na zwierzętach potwierdzają założenie, że główny kierunek dyfuzji wskazuje na ułożenie spójnych włókien nerwowych i wykazuje podobieństwa między nieinwazyjną traktografią a badaniami histologicznymi wykonywanymi po śmierci . Obszary, w których wiązki włókien rozchodzą się lub krzyżują, są jedynie niewystarczająco rejestrowane przez DT-MRI i dlatego motywują do dalszego rozwoju w kierunku metod o wysokiej rozdzielczości kątowej (patrz poniżej).

Glify tensorowe

W wizualizacji glify są ciałami geometrycznymi, których kształt i orientacja przekazują pożądane informacje. Dają możliwość pełnego przedstawienia informacji zawartych w tensorze dyfuzji. W tym przypadku jednak można wyświetlić tylko część danych, ponieważ glify muszą mieć określony rozmiar i nie mogą się zakrywać, aby pozostały rozpoznawalne. Najczęstszymi glifami tensorów są elipsoidy , których półosie są skalowane z siłą dyfuzji w odpowiednim kierunku; najdłuższa półoś wskazuje zatem w kierunku najsilniejszej dyfuzji. Jeśli współczynnik dyfuzji jest mniej więcej taki sam we wszystkich kierunkach, elipsoida dyfuzji przypomina kulę (patrz ilustracja).

Aplikacje

Diagnoza

Częstym zastosowaniem rezonansu magnetycznego dyfuzyjnego jest diagnostyka udaru mózgu . Dotknięta tkanka mózgowa często już po kilku minutach wykazuje niższe współczynniki dyfuzji niż zdrowe otoczenie. Efekt ten przypisywany jest temu, że po awarii pomp sodowo-potasowych w uszkodzonym obszarze płyn pozakomórkowy wpływa do komórek, gdzie jego ruch dyfuzyjny podlega większym ograniczeniom.

Zawał jest widoczny dopiero później na konwencjonalnych obrazach MRI, w niektórych przypadkach dopiero po 8 do 12 godzinach. Ta różnica jest klinicznie istotna, ponieważ leczenie trombolityczne ma zwykle sens dopiero w ciągu 3 do 4,5 godziny od początku zawału.

Planowanie operacji

W przypadku zabiegów chirurgicznych w mózgu i napromieniania guzów mózgu ważne jest jak największe zachowanie dróg nerwowych, gdyż ich uszkodzenie zwykle prowadzi do trwałych zaburzeń czynnościowych. Obrazowanie tensora dyfuzji może pomóc z wyprzedzeniem określić położenie nerwów i uwzględnić je podczas planowania zabiegu chirurgicznego lub radioterapii. Ponieważ mózg ulega deformacji podczas zabiegu, przydatne może być przerwanie operacji w celu ponownego nagrania.

Obrazowanie tensora dyfuzji dostarcza również informacji o tym, czy guz przeniknął już do układu nerwowego, aw niektórych przypadkach może wspierać ocenę, czy operacja jest w ogóle obiecująca.

Badania

Obrazowanie tensora dyfuzji jest coraz częściej wykorzystywane jako narzędzie badawcze w medycynie i kognitywistyce . Skupiamy się tutaj głównie na zmianach średniego współczynnika dyfuzji (ang. mean diffusivity ) i anizotropii frakcyjnej , która często jest interpretowana jako wskaźnik integralności włókien nerwowych.

Na przykład można wykazać, że normalne procesy starzenia wiążą się ze znacznym spadkiem anizotropii frakcyjnej i wzrostem średniej dyfuzyjności. Zmiany w DT-MRI można również wykryć w wielu chorobach neurologicznych i psychiatrycznych , w tym w stwardnieniu rozsianym , epilepsji , chorobie Alzheimera , schizofrenii i encefalopatii HIV . Wiele badań opartych na obrazowaniu dyfuzyjnym bada, które obszary mózgu są szczególnie dotknięte. Obrazowanie tensora dyfuzji jest tu również wykorzystywane jako uzupełnienie funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego .

Neuroscience wykorzystuje również probabilistyczne metody traktografii, które dostarczają informacji o połączeniach nerwowych między określonymi obszarami mózgu. Pozwala to na dalsze podziały wzgórza , chociaż w konwencjonalnym obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego wydaje się on jednorodną strukturą.

Szczególny nacisk kładziony jest na obecnych wariantów obrazowania dyfuzji w konektom Human Project , którego celem jest zbadanie naturalną zmienność zdrowego człowieka konektom . W ramach tego programu, który w latach 2010-2015 sfinansowano łącznie prawie 40 mln USD, wyniki obrazowania dyfuzyjnego są skorelowane między innymi z analizami genetycznymi i zdolnościami poznawczymi .

Rozwój historyczny

Już w 1965 r. chemik Edward O. Stejskal i jego doktorant John E. Tanner opisali, w jaki sposób krótkotrwale przełączane pole gradientowe w eksperymentach jądrowego rezonansu magnetycznego można wykorzystać do pomiaru ruchu dyfuzji jąder wodoru. Ich nazwa pochodzi zarówno od podstawowej sekwencji pomiarowej dla obrazowania dyfuzyjnego, jak i wzoru umożliwiającego obliczenie współczynnika dyfuzji na podstawie tłumienia echa spinowego.

W latach 70. Paul Christian Lauterbur i Peter Mansfield stworzyli możliwość wykorzystania obrazowania rezonansem magnetycznym do obrazowania za pomocą przestrzennego obrazowania rezonansem magnetycznym. W 1985 roku neuroradiolog Denis LeBihan wprowadził do MRI metodę pomiaru dyfuzji opracowaną przez Stejskala i Tannera. We współpracy z LeBihanem inżynier Peter J. Basser ostatecznie zaproponował tensor dyfuzji jako model w 1994 roku. Uwzględnia kierunkową zależność współczynnika dyfuzji i tym samym pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat przebiegu dużych dróg nerwowych. Od około 2000 r. różne grupy badawcze opracowywały bardziej złożone warianty obrazowania dyfuzyjnego, które wymagają dużej liczby pomiarów i/lub szczególnie silnego ważenia dyfuzyjnego. Dla tych danych zaproponowano dużą liczbę nowych modeli, z których żaden do tej pory (od 2011 r.) nie miał rozkładu porównywalnego z tensorem dyfuzji.

Dalszy rozwój procesu

Poprawa jakości obrazu

Pomiary MRT ważone dyfuzją często oferują jedynie ograniczoną jakość obrazu. Większą podatność na zakłócenia w porównaniu z tradycyjnym rezonansem magnetycznym tłumaczy opisana powyżej metoda pomiaru: ponieważ ruch dyfuzji wyraża się w osłabieniu mierzonego sygnału, na to silniej wpływa szum sprzętu pomiarowego. Z tego powodu nie ma prawie żadnego postępu w kierunku wyższej rozdzielczości przestrzennej sposobu, ponieważ elementy o mniejszej głośności oferują odpowiednio słabszy sygnał wyjściowy. Ponadto wymagana jest duża liczba pojedynczych pomiarów, dlatego stosuje się głównie sekwencje pomiarowe oszczędzające czas, takie jak obrazowanie planarne echa, w celu usprawiedliwienia ogólnego wysiłku i stresu pacjenta. Jednak te sekwencje często prowadzą do artefaktów.

Problemom tym przeciwdziała się z jednej strony poprzez przetwarzanie końcowe danych pomiarowych w komputerze, dzięki czemu zakłócenia mogą być częściowo korygowane. Badania radiologiczne poszukują również nowych sekwencji MRI, które są mniej podatne na błędy.

Zwiększenie rozdzielczości kątowej

Model tensora dyfuzji opisuje zachowanie dyfuzji w wokselu tylko w przybliżeniu poprawnie, jeśli dyfuzja ma jeden główny kierunek. W ten sposób osiąga swoje granice w wokselach, w których ścieżki nerwowe krzyżują się lub rozchodzą. W ostatnich latach opracowano zatem podejścia do rejestrowania nagrań ważonych dyfuzją w bardzo wielu (60 i więcej) różnych kierunkach, aby móc lepiej rejestrować złożone zachowanie dyfuzyjne. Takie procesy są znane pod skrótem HARDI ( High Angular Resolution Diffusion Imaging , „Obrazowanie dyfuzyjne o wysokiej rozdzielczości kątowej”).

Przetwarzanie i ocena danych

Metody, za pomocą których dane obrazowania dyfuzyjnego są dalej przetwarzane i oceniane pod kątem badań medycznych, są obecnie (stan na 2011 r.) przedmiotem badań. We wczesnych badaniach czasami stosowano bardzo proste metody rejestracji obrazu w celu porównania pomiarów uzyskanych z danych dyfuzji w większych grupach badanych. Okazało się to problematyczne, ponieważ trudno jest idealnie dopasować struktury anatomiczne różnych osób, a odchylenia mogą prowadzić do mylących i sprzecznych wyników badań. Oprócz udoskonalonych algorytmów rejestracji opracowywane są obecnie metody oceny statystycznej, które są mniej wrażliwe na błędy rejestracji.

literatura

• Derek K. Jones (red.): Dyfuzja MRI: teoria, metody i zastosowania . Oxford University Press, 2011. ISBN 978-0-19-536977-9 Anglojęzyczna książka specjalistyczna, która, z udziałem międzynarodowych ekspertów, obejmuje zasady fizyczne i biologiczne, metody pomiaru, ocenę algorytmiczną, zastosowania, aktualne tematy badawcze i tło historyczne.
• Bernhard Preim , Dirk Bartz : Wizualizacja w medycynie . Morgan Kaufmann, 2007. ISBN 978-0-12-370596-9 Anglojęzyczna książka specjalistyczna. Omówiono w rozdziale 18 Pomiar, przetwarzanie, wizualizacja i interpretacja danych dotyczących tensora dyfuzji.
• Charles D. Hansen, Christopher R. Johnson (red.): Podręcznik wizualizacji . Academic Press, 2004. ISBN 978-0-12-387582-2 Specjalistyczna książka anglojęzyczna. Rozdział 16 obejmuje wizualne przygotowanie danych dotyczących tensora dyfuzji.
• Le Bihan D, Mangin JF, Poupon C, Clark CA, Pappata S, Molko N, Chabrat H: Obrazowanie tensora dyfuzji: koncepcje i zastosowania . W: Journal of Magnetic Resonance Imaging . 2001, s. 534–546 (Angielski, Obrazowanie Tensora Dyfuzji: Koncepcje i Zastosowania ( Memento z 19 października 2013 r. w Internet Archive ) [PDF; 696 kB ; pobrano 22.06.2016] Artykuł przeglądowy w czasopiśmie specjalistycznym). 
• Joachim Weickert, Hans Hagen (red.): Wizualizacja i przetwarzanie pól tensorowych . Springer, Berlin 2006. ISBN 3-540-25032-8 Anglojęzyczna książka specjalistyczna do wizualizacji i przetwarzania danych tensorowych, ze szczególnym uwzględnieniem DT-MRI.
• Na tropie tajemnic mózgu. w: Tydzień Lekarzy. Wiedeń 16.2002, nr 27. ISSN  1862-7137 Ogólnie zrozumiały przegląd procedury, język niemiecki.

linki internetowe

• Informacje z Centrum Obrazowania w Neuronauce ( Brain Imaging Center , Frankfurt) na temat działania DT-MRI
• Komunikat prasowy z National Institutes of Health (2000) na temat możliwości DT-MRI (English)

Indywidualne dowody

1. ↑ Christian Beaulieu: Podstawy anizotropowej dyfuzji wody w układzie nerwowym – przegląd techniczny. W: NMR w Biomedicine 2002, 15: 435-455.
2. ^ PJ Basser, J. Mattiello, D. LeBihan: Oszacowanie efektywnego tensora samodyfuzji z echa spinowego NMR. W: Journal of Magnetic Resonance. Seria B. San Diego Cal 103.1994, 247-254. ISSN  1064-1866
3. ↑ Sonia Nielles-Vallespin, Choukri Mekkaoui i inni: MRI tensora dyfuzji in vivo ludzkiego serca: powtarzalność podejścia opartego na wstrzymywaniu oddechu i nawigatora. W: Rezonans magnetyczny w medycynie. 70, 2013, s. 454, doi : 10.1002 / mrm.24488 .
4. ↑ S. Pajevic, C. Pierpaoli: Schematy kolorów reprezentujące orientację tkanek anizotropowych na podstawie danych z tensora dyfuzji. Zastosowanie do mapowania włókien istoty białej w ludzkim mózgu. W: Rezonans magnetyczny w medycynie. Nowy Jork 42.1999, 3, 526-540. ISSN  0740-3194
5. ^ S. Mori, BJ Crain, VP Chacko, PCM van Zijl: Trójwymiarowe śledzenie projekcji aksonalnych w mózgu za pomocą rezonansu magnetycznego. W: Annals of Neurology , 45 (2): 265-269, 1999
6. ↑ PJ Basser, S. Pajevic, C. Pierpaoli, J. Duda, A. Aldroubi: In vivo fiber tractography using DT-MRI data. W: Rezonans magnetyczny w medycynie. Nowy Jork 44.2000,625-632. ISSN  0740-3194
7. ↑ TEJ Behrens, MW Woolrich, M. Jenkinson, H. Johansen-Berg, RG Nunes, S. Clare, PM Matthews, JM Brady, SM Smith: Charakteryzacja i propagacja niepewności w dyfuzyjnym obrazowaniu MR. W: Rezonans magnetyczny w medycynie. 50: 1077-1088, 2003.
8. ↑ C.-P. Lin, W.-YI Tseng, H.-C. Cheng, J.-H. Chen: Walidacja obrazowania tensora dyfuzji rezonansu magnetycznego włókien aksonalnych z zarejestrowanymi drogami optycznymi wzmocnionymi manganem. W: NeuroImage , 14 (5): 1035-1047, 2001.
9. ↑ J. Dauguet, S. Peled, V. Berezovskii, T. Delzescaux, SK Warfield, R. Born, C.-F. Westin: 3D histologiczna rekonstrukcja ciągów włókien i bezpośrednie porównanie z traktografią MRI z tensorem dyfuzji. W: Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention , s. 109-116, Springer, 2006.
10. ↑ K.-O. Lövblad, H.-J. Laubach, AE Baird, F. Curtin, G. Schlaug, RR Edelman, S. Warach: Doświadczenie kliniczne z MR ważonym dyfuzją u pacjentów z ostrym udarem. W: American Journal of Neuroradiology. Oak Brook Ill 1998/19, 1061-1066. ISSN  0195-6108
11. ↑ W. Hacke i wsp.: Tromboliza z Alteplazą 3 do 4,5 godziny po ostrym udarze niedokrwiennym. W The New England Journal of Medicine , 359, 2008, 1317.
12. ^ EV Sullivan i A. Pfefferbaum: Obrazowanie tensora dyfuzji w starzeniu się i związanych z wiekiem zaburzeniach neurodegeneracyjnych. Rozdział 38 w DK Jones (red.): Diffusion MRI: Theory, Methods and Applications. Oxford University Press, 2011.
13. ↑ TEJ Behrens, H. Johansen-Berg et al.: Nieinwazyjne mapowanie połączeń między ludzkim wzgórzem a korą mózgową za pomocą obrazowania dyfuzyjnego. W: Neuronauka przyrody . Nowy Jork 6/2003,7, 750-757. ISSN  1097-6256
14. ^ EO Stejskal, JE Tanner: Pomiary dyfuzji spinu - echa spinu w obecności gradientu pola zależnego od czasu. W: Journal of Chemical Physics. Melville 42.1965, 288-292. ISSN  0021-9606
15. ↑ SM Smith, M. Jenkinson, H. Johansen-Berg, D. Rueckert, TE Nichols, CE Mackay, KE Watkins, O. Ciccarelli, MZ Cader, PM Matthews, TEJ Behrens: Tract-based statystyki przestrzenne: Voxelwise analysis of multi -dane dotyczące dyfuzji przedmiotu. W: NeuroImage. 31 (4): 1487-1505, 2006.

Ten artykuł został dodany do listy doskonałych artykułów 20 listopada 2006 r. w tej wersji .