DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.6.328.333

Даже при высокой чувствительности измерений в сильном магнитном поле сложно исследовать мелкомасштабные структуры, например кору головного мозга (КГМ). Недавно была показана возможность получения диффузионных изображений с очень высоким разрешением, что позволяет понять кортикальную зависимость диффузионных свойств всего человеческого мозга in vivo вглубь. Показано, что основная ориентация тензора диффузии перпендикулярна поверхности коры, а основное направление диффузии тангенциально на откосах и радиально на концах границы раздела "белое вещество – серое вещество". Количественные измерения тензора диффузии могут выявить структурную организацию клеток в КГМ человека и потенциально характеризовать кортикальную клеточную архитектуру in vivo для исследования патофизиологии заболеваний, связанных с изменениями в корковом сером веществе.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Бхатнагара А.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #6/2021
О.П.Познанский
Анализ магнито-резонансных диффузионных тензорных изображений методом оболочек. Часть I
Просмотры: 1632
DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.6.328.333

Даже при высокой чувствительности измерений в сильном магнитном поле сложно исследовать мелкомасштабные структуры, например кору головного мозга (КГМ). Недавно была показана возможность получения диффузионных изображений с очень высоким разрешением, что позволяет понять кортикальную зависимость диффузионных свойств всего человеческого мозга in vivo вглубь. Показано, что основная ориентация тензора диффузии перпендикулярна поверхности коры, а основное направление диффузии тангенциально на откосах и радиально на концах границы раздела "белое вещество – серое вещество". Количественные измерения тензора диффузии могут выявить структурную организацию клеток в КГМ человека и потенциально характеризовать кортикальную клеточную архитектуру in vivo для исследования патофизиологии заболеваний, связанных с изменениями в корковом сером веществе.
АНАЛИЗ Магнито-РЕЗОНАНСНЫХ
ДИФФУЗИОННЫХ ТЕНЗОРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ ОБОЛОЧЕК. ЧАСТЬ I


SHELL-BASED ANALYSIS OF MAGNETIC RESONANCE DIFFUSION TENSOR IMAGING. PART I

О.П.Познанский 1, 2, к.ф.-м.н., (ORCID: 0000-0003-3279-0337) / opoznans@gmail.com
O.P. Posnansky 1, 2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics)
DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.6.328.333
Получено: 4.10.2021 г.

Даже при значительной чувствительности измерений в сильном магнитном поле все еще сложно исследовать мелкомасштабные структуры, такие как кора головного мозга. Недавние результаты показали, что возможно получение диффузионных изображений с очень высоким разрешением, что позволяет понять кортикальную зависимость диффузионных свойств всего человеческого мозга in vivo вглубь. Обнаружилось, что основная ориентация тензора диффузии перпендикулярна поверхности коры. В то же время основное направление диффузии тангенциальное на откосах и радиальное на концах границы раздела белое вещество – серое вещество. Таким образом, количественные измерения тензора диффузии могут выявить структурную организацию клеток в коре головного мозга человека и потенциально характеризовать кортикальную клеточную архитектуру in vivo для исследования патофизиологии заболеваний, связанных с изменениями в корковом сером веществе.

ВВЕДЕНИЕ
Магнитно-резонансная диффузионно-тензорная визуализация (DTI) доказала свою эффективность при обнаружении микроскопических волокнистых структур головного мозга человека, таких как белое вещество (WM). Высокое статическое магнитное поле (≥3Тесла) дало возможность получения изображений более высокого пространственного разрешения, предоставив тем самым мощный инструмент для определения границ серого вещества коры (GM) с уменьшенным эффектом частичного объема за приемлемое время сканирования. В представленном исследовании GM используется диффузионно-взвешенная (DW) эхо-планарная визуализация (EPI). Наши результаты показали, что основная ориентация тензора диффузии в коре перпендикулярна ее поверхности. В то же время основное направление диффузии тангенциально на откосах и радиально на вершинах интерфейса WM-GM. Количественные меры тензора диффузии помогут понять структурную организацию клеток в коре головного мозга человека и потенциально характеризовать кортикальную клеточную архитектуру in vivo для исследования патофизиологии заболеваний, связанных с изменениями в кортикальном GM.

Получение данных
Данные МРТ человека in vivo были загружены из открытой базы данных db.human­connectome.org. Изображения получали на сканере 3T Siemens (Siemens, Эрланген, Германия) с 32-канальной головной катушкой RX. Двенадцать кусков DWI всего мозга были получены для 12 неколлинеарных и некопланарных направлений (b = 1000 с/мм2), которые чередовались тремя nonDWI (b = 0 с/мм2) с использованием однократно перефокусированной Стейскала-Таннера спин-эхо последовательности (FoV = 210 × 180 × 139 мм3, размер вокселя = 1,25 × 1,25 × 1,25 мм3, разрешение в плоскости 168 × 144, GRAPPA2, TE/TR = 89,5/5520 мс, частичный Фурье 6/8, частотное кодирование 1488 Гц/пиксель, 20 слоев (покрывающие 2,5 см)). Для возбуждения трех слоев одновременно был использован многочастотный радиоимпульс (MB-RF). Кроме того, для коррекции геометрических искажений был получен набор изображений с обратным фазовым кодированием градиента для b = 0 с/мм2. Градиент диффузии характеризовался временем диффузии Δ = 22 мс, длительностью градиента диффузии δ = 6 мс. Синхронизация последовательности с сердечными ритмами не использовалась, и общее время сканирования для всех измерений составляло около 55 мин, включая получение анатомических изображений MP-RAGE и 3D-GE. Этот эксперимент повторяли четыре раза, чтобы аксиально смещенными кусками в 2.5 см охватить весь объем мозга.

Обработка изображений
Полная процедура обработки изображений дана на рис.1 [1, 2]. После радиочастотной коррекции неоднородной интенсивности анатомических изображений (MP-RAGE делился на регистрированный 3D-GE) была проведена сегментация мозга на WM, GM и CSF (серебрально-спинальная жидкость) [3]. Чтобы создать композицию полного объема мозга, четыре EPI, охватывающих разные области мозга, были совместно зарегистрированы на изображении MP-RAGE. Серии оболочек (ламелей) между интерфейсами WM-GM и GM-CSF были созданы методом поверхностного расширения (рис.2) [3]. Мы рассчитали нормализованное абсолютное скалярное произведение (AbsScalarProd) главных собственных векторов DTI (e1) и нормальных векторов (n), перпендикулярных ламелям [4]. GM классифицировалось на откосы, извилины и бороздки. Откосы GM были идентифицированы по кривизне поверхности WM-GM в пределах интервала [–0,15, 0,15] 1/мм2, а извилины и бороздки характеризовались значениями кривизны вне этого интервала (рис.3). Кортикальные зависимости диффузион­ных свойств вдоль глубины GM, включая AbsScalarProd-индекс, изучались методом гистограммного анализа.

Полученные результаты
На рис.4 представлен главный диффузионный собственный вектор (e1) интересуемой области (ROI) в извилинах примарного соматосенсорного (а) и моторного (b) кортекса. Главные вектора на интерфейсе WM-GM на откосах (синяя стрелка 1) в основном параллельны интерфейсу и ортогональны на кончиках извилин (синяя стрелка 2). Главное направление диффузии изменяется на средней ламели, где собственные вектора ортогональны кортексу на откосах (желтая стрелка 1) и извилинах (желтая стрелка 2).

Это наблюдение подтверждено количественно на гистограммах AbsScalarProd векторных полей DTI, вычисленных для GM всего мозга на различной глубине. На WM-GM интерфейсе рис.5а AbsScalarProd демонстрирует пик в 0 (главный вектор перпендикулярен нормали поверхности) для откосов, тогда как AbsScalarProd рис.5b показывает концентрацию возле 1 для извилин и бороздок (главный вектор параллелен нормали поверхности). Гистограммы AbsScalarProd на средней ламели CTX на откосах (рис.5c) и бороздках-извилинах (рис.5d) свидетельствуют о радиальном характере главного собственного вектора в кортикальной глубине мозга.

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Мы показали, что основные собственные векторы DTI для высоких магнитных полей способны обнаруживать резкий поворот волокна в коре головного мозга человека in vivo [5, 6]. Анализ DTI облегчается использованием параметра AbsScalarProd, который отражает кривизну коры и форму ламелей в глубине коры головного мозга. Таким образом, DTI с изотропным разрешением надежно исследует структурные различия вдоль и в глубине кортекса. Потенциально AbsScalarProd может использоваться в качестве метрики для измерения изгиба волокна в различных частях интерфейса WM-GM и служить индексом для выявления заболеваний и пороков развития мозга.

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Posnansky. O., Nanotech (2021).
Truong T., Guidon A., Song A.W., PLOSONE (2014).
Электронный источник: http://freesurfer.net.
Электронный источник: http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl.
Desikan R., et al., NeuroImage (2006).
Tissir F., and Goffinet, AM., Nature Reviews Neuroscience (2003).

Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art