Применяя соответствующие градиенты магнитного поля, МР-изображение может быть сенсибилизировано к случайному, тепловому движению (диффузии) молекул воды в направлении градиента поля. Диффузия является анизотропной (направленно зависимой) в WМ ( белого вещества) -волокнах, так как аксональные мембраны и миелиновые оболочки представляют собой барьеры для движения молекул воды в направлениях, не параллельных их собственной ориентации. Показано, что направление максимальной диффузии совпадает с ориентацией волоконного тракта WM. Эта информация содержится в тензоре диффузии , математической модели диффузии в трехмерном пространстве. В общем, тензор представляет собой довольно абстрактную математическую модель, обладающую специфическими свойствами, позволяющими количественно определять сложные физические явления. В настоящем контексте тензор представляет собой просто матрицу чисел, полученных из диффузионных измерений в нескольких разных направлениях, в которых можно оценить диффузию в любом произвольном направлении или определить направление максимальной диффузии. Тензорную матрицу можно легко визуализировать как эллипсоид , диаметр которого в любом направлении оценивает диффузию в этом направлении , а основная ось основного ориентируется в направлении максимальной диффузии. При использованием DTI, как степень анизотропии, так и направление локального волокна могут быть отображены вокселом (voxel,) предоставляя новую и уникальную возможность изучения архитектуры волокон белого вещества (WM ) in vivo. Тензорная модель диффузии состоит из матрицы 3 × 3, полученной из измерений диффузии в по меньшей мере шести направлениях. Тензорная матрица диагонально симметрична ( D ij = D ji ) с шестью степенями свободы (т. е. только шесть из девяти записей тензорной матрицы независимы, и поэтому матрица полностью определяется этими шестью параметрами), так что необходимо минимум шесть направлений для точного описания тензора (требуются измерения с диффузионным кодированием.). Использование более шести направлений кодирования позволит повысить точность измерения тензора для любой произвольной ориентации.
Тензорная матрица подвергается линейной алгебраической процедуре, известной как диагонализация , результатом которой является набор из трех собственных векторов,представляющих основные, средние и второстепенные основные оси эллипсоида, привязанного к данным, и соответствующие трем собственным значениям (λ 1, λ 2, λ 3 ), которые представляют видимую диффузию вдоль этих осей. Диффузионную анизотропию легко понять как степень, при которой форма тензорного эллипсоида отличается от формы сферы; математически это позволяет прийти к тому, что три тензорных собственных значения отличаются друг от друга. Любая из нескольких показателей анизотропии может быть здесь использована. Одна из наиболее распространенных - фракционная анизотропия (FA) , которая вытекает из стандартного отклонения трех собственных значений и варьирует от 0 (изотропия) до 1 (максимальная анизотропия):
где λ̄ обозначает среднее из трех собственных значений, равное направленно усредненной диффузии. Направление максимальной диффузии можно сопоставить с помощью цветных каналов красного, зеленого и синего (RGB) с цветовой яркостью, модулированной FA, в результате получается удобная сводная карта, из которой можно определить степень анизотропии и локальное направление волокна.
Тракты WM обычно оцениваются с помощью трактографии с использованием алгоритма тензорного отклонения (TEND). Отслеживание начинается с места начала (или начальной точки) как в прямом, так и в обратном направлениях, определяемом основным собственным вектором в начальной точке. Распространение прекращается, когда траектория тракта достигает воксела с FA менее 0,2 (расчетное основное направление собственного вектора становится менее точным, так как FA уменьшается и становится очень чувствительным к шуму изображения для FA менее 0,2) или когда угол между двумя последовательными шагами более 45 °.Полный набор траекторий волокон может быть получен путем размещения "семян" во всех вокселях с FA более 0,4 (ожидается, что оценка основного направления собственных векторов для вокселей с FA более 0,4 будет достаточно точной, чтобы обеспечить хорошую оценку направления локального волокна). Оценки трактов белого вещества получают из центра каждого семенного воксела. Конкретный тракт или фасцикулус отделяется от полного набора траекторий, сохранив те волокна, которые пересекали предварительно определенные области интереса (ROI). ROI выбираются для включения поперечных сечений тракта, которые видны в любой из осевых, сагиттальных или коронарных направленных цветных карт.
Корпус мозолистого тела выбирается с использованием кажущегося поперечного сечения тракта в плоскости среднего сечения. Переднюю комиссуру также выбирают с использованием ROI, помещенного в сагиттальное поперечное сечение; впоследствии сохраняют только ветви, достигшие височных долей. Кортико - спинальный тракт получают путем выбора волокон, выходящих из моторной коры и достигающих базальных ядер. Трассы внутренней капсулы выбирают в осевой плоскости, расположенной примерно на полпути через средний мозг. Связывающие волоконные пути выбирают с использованием процедур, аналогичных процедурам, описанным М. Lazar et al (2003). Траектории волокон отображаются разным цветом, наложенным на анатомические изображения серого масштаба в различных трехмерных проекциях. Обратите внимание, что, в отличие от цветных карт направленности, в которых информация о направлении цвета кодируется цветом, отдельные диаграммы отображаются с использованием фиксированных цветов, выбранных произвольно.
WM-волокна традиционно классифицируются следующим образом: ассоциациативные волокна соединяют корковые области в каждом полушарии. Волокна этого типа, обычно идентифицированные на цветных картах DTI, включают в себя cingulum, верхний и нижний лобно - затылочные фасцикулы, унциатный фасцикул, верхний продольный (дугообразный, аркуатный ) фасцикул и нижний продольный (затылочно-височный ) фасцикул (fasciculus) .
Проекционные волокна соединяют корковые области с глубокими ядрами, стволом мозга, мозжечком и спинным мозгом. Имеются как эфферентные (кортикофугальные), так и афферентные проекционные волокна. Волокна этого типа, обычно идентифицированные на цветных картах DTI, включают в себя кортикоспиниальные, кортикобульбарные и кортико - кортикальные пути, а также оптические излучение.
Комиссуральные волокна соединяют аналогичные области коры между противоположными полушариями. Волокна этого типа, обычно идентифицированные на цветных картах DTI, включают мозолистое тело и переднюю комиссуру.
Другие пути, которые иногда, но не последовательно идентифицируются по направленным цветовым картам DTI, включают оптический тракт, палубу, тапетум и многие волокна ствола мозга и мозжечка. Ограничения пространства исключают всесторонний обзор всех трактов, потенциально визуализированных с помощью DTI. Скорее, мы фокусируемся на основных трактах, которые последовательно идентифицируются в нашей практике.
Цингулум начинается в параольфакторной области коры ниже рострума мозолистого тела/ Он соединяет части лобной, теменной и височной долей. Его расположение напоминает арку над корпусом мозолистого напоминает ладонь открытой руки с кончиками пальцев под rostrum мозолистого тела.
Добавить комментарий