Диффузно-тензорная томография головного мозга - принципы, возможности
Основные понятия:
• Диффузно-тензорная томография — это методика, разработанная в середине 1990-х годов, при которой МРТ используют для измерения коэффициентов диффузии молекул воды в нескольких (более 6) направлениях. Эта методика характеризуется диффузной анизотропностью.
• Изотропная жидкость характеризуется равномерной диффузией со всех сторон (например, при попадании в воду капля молока распространяется равномерно). Изотропность—равномерность во всех направлениях; моделью изотропности может служить шар.
• Анизотропная («неизотропная») жидкость распространяется преимущественно вдоль какой-либо оси; моделью анизотропности может служить эллипсоид.
• Тензор описывает форму эллипсоида. Диффузионные тензоры являются тензорами второго ранга [особые виды тензоров: скалярные (нулевого ранга или одноразрядные) и векторные (первого разряда или (1хn)-матричные)]. Тензор можно привести к компонентам осей (собственным значениям), которые называют лямбда 1,2,3, они описывают удельный показатель диффузии по длине, объему и ширине эллипсоида (собственные векторы).
Детерминированная трактография всего мозга с использованием программного обеспечения ExploreDTI.
Для получения изображения использовано объединение диффузно-тензорных и трактографических изображений, на которых зеленым цветом показаны структуры, ориентированные спереди назад, синим—сверху вниз, красным—справа налево.
ВНМ—верхняя ножка мозжечка.
Фракционная анизотропия описывает в качестве фракций взаимосвязь между лямбдой 1, 2, 3. Таким образом, величина фракционной анизотропии варьирует от 0 до 1. Диффузия воды в клетках белого вещества нервной системы ограничена клеточными мембранами.
Диффузия воды внеклеточного пространства, циркулирующей в желудочках и субарахноидальном пространстве, а также воды серого вещества характеризуется большей изотропностью. Межклеточная жидкость миелинизированных нервных волокон диффундирует параллельно продольной оси волокон. Чем выше фракционная анизотропия, чем больше плотность и гомогенность пучка волокон.
Этот факт применяют для сравнения целостности соответствующих миелинизированных проводящих путей головного и спинного мозга справа и слева. Совместное использование трактографии и цветового кодирования позволяет воссоздавать трехмерные траектории белого вещества, чтобы показать их направление. Алгоритм реконструкции основан на информации об ориентации нервных волокон, полученной при помощи диффузно-тензорной томографии.
Ограниченная сферическая деконволюция (ОСД) — более прогрессивный метод, снимающий ограничения тензорной модели (суммирует информацию в одно главное направление, как в основе трактографии) и позволяющий создать более точное изображение. ОСД использует информацию из множества направлений для каждого элемента трехмерного изображения, что снимает затруднения трактографии, возникающие при исследовании мест перекреста нервных волокон.
Фракционная анизотропия показана в трех плоскостях.
Цветовые обозначения аналогичны обозначениям на рисунке выше.
МТ — мозолистое тело, СНМ — средняя ножка мозжечка, ПВВМ — поперечные волокна варолиева моста.
