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Rappresentazione del tensore di diffusione (DTI) spiegata

La rappresentazione del tensore della diffusione (DTI) è una tecnica di imaging a risonanza magnetica (MRI) di recente sviluppato che analizza l'anatomia delle cellule nervose e una rete di un neurone complessa del cervello.

Che cosa è DTI?

La tecnica di DTI in primo luogo è stata introdotta da Peter Basser nel 1994. È una versione migliore di MRI convenzionale in cui i segnali sono generati solamente dal movimento delle molecole di acqua. La diffusione del ` di termine' denota l'energia termale casuale delle molecole di acqua. Cioè DTI usa la diffusione dell'acqua come sonda per determinare l'anatomia di una rete del cervello, che fornisce basicamente informazioni sull'anatomia statica che non è influenzata dalle funzioni del cervello.

Tratti della fibra della materia bianca nel cervello umano adulto. Credito di immagine: Zeynep Saygin, mcgovern.mit.edu
Tratti della fibra della materia bianca nel cervello umano adulto. Credito di immagine: Zeynep Saygin, mcgovern.mit.edu

La diffusione delle molecole di acqua in un tessuto non è la stessa in tutta la direzione (diffusione anisotropa) dovuto eterogeneità del tessuto. Questa anisotropia (dominanza direzionale di diffusione dell'acqua all'interno di una regione) è utilizzata in DTI per determinare l'organizzazione delle cellule nervose nel cervello.

Il principio di base dipende dal fatto che le molecole di acqua dovrebbero muoversi più velocemente lungo la fibra dell'assone invece di muoversi verticalmente verso la fibra perché le ostruzioni presenti lungo la fibra sono comparativamente di meno per limitare il suo movimento. Sulla base dell'orientamento axonal, la diffusione anisotropa può produrre il contrasto completamente nuovo di immagine, che è molto utile nel prevedere le strutture importanti del cervello.

Diffusion Weighted Imaging

Come DTI è eseguito?

L'analisi della diffusione dell'acqua è eseguita applicando i gradienti del campo magnetico per generare un'immagine che è sensibilizzata alla diffusione in una direzione particolare. Un modello tridimensionale della diffusione (il tensore) poi è stimato ripetendo questo trattamento nelle direzioni multiple. Cioè la tecnica di DTI comprende la consegna degli impulsi magnetici esterni per imporre di sfasamento casuale per le molecole di acqua che si diffondono.

Ciò piombo ad una perdita di segnale dalla diffusione delle molecole, che successivamente crea i pixel o i voxels volumetrici più scuri. Per esempio, le fibre della materia bianca che sono essere equivalente alla direzione del gradiente del campo magnetico produrranno un'immagine diffusione-pesata buio per quella direzione particolare. Il tensore della diffusione poi è misurato paragonando la perdita del segnale al segnale originale.

Due parametri principali che sono calcolati dal tensore per definire l'orientamento delle cellule nervose sono l'anisotropia frazionaria (FA) e diffusività media (MD). Il FA definisce il grado di direzionalità della diffusione ed il MD fornisce informazioni sulla diffusività media dell'acqua.

Rappresentazione delle immagini di distacco

Le informazioni ottenute dal tensore sono condensate in un numero (scalare) o in 4 numeri. La condensazione in 4 numeri è eseguita per video l'immagine con un colore (blu) della R (rossa), di G (verde), di B e un valore di luminosità.

Applicazioni

Neurofisiologia

DTI è una tecnica molto potente per lo studio degli aspetti importanti di neurofisiologia di base come pure di conseguenze patofisiologiche connesse con i disordini del sistema nervoso centrale. Un vantaggio principale è che le informazioni sull'orientamento dei tratti delle fibre nervose possono essere ottenute facilmente con questa tecnica.

Anatomia del cervello

Inoltre, la distribuzione spaziale della rete complessa del cervello può anche essere studiata misurando il disgaggio microscopico di lunghezza della diffusione dell'acqua. Mentre DTI fornisce l'ulteriore informazione per quanto riguarda l'anatomia del cervello sopra MRI convenzionale, è considerato mentre uno strumento più sensibile per studiare lo sviluppo normale del cervello come pure i disturbi della crescita congeniti del cervello.   

Neuropatologia

Poiché l'anisotropia della diffusione è collegata significativamente con lo stato di myelination dell'assone, la misura di questo parametro facendo uso di DTI può anche fornire la comprensione sostanziale nelle circostanze neuropathological relative al demyelination, tale sclerosi a placche.          

Limitazioni

DTI fornisce una generalità anatomica accurata della materia bianca in termini di anisotropia della diffusione ed orientamento della fibra. Tuttavia, alcune limitazioni esistono relativo all'interpretazione dei dati ottenuti. Per esempio, il modello tridimensionale della diffusione di DTI può caratterizzare soltanto una fibra in un pixel volumetrico; quindi, una rappresentazione visiva dei dati ottenuti da una regione di fibre dell'incrocio può essere confusionaria.

Cioè DTI può generare il falso positivo o i dati negativi nel caso delle regioni del cervello che contengono i gruppi di fibra multipli orientati nelle direzioni differenti. Un'altra limitazione è che, poiché DTI è basato sulla diffusione delle molecole di acqua, non è possibile differenziare le direzionalità dell'assone con questa tecnica.

Sorgenti

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Last Updated: Oct 11, 2018

Dr. Sanchari Sinha Dutta

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Dr. Sanchari Sinha Dutta

Dr. Sanchari Sinha Dutta is a science communicator who believes in spreading the power of science in every corner of the world. She has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree and a Master's of Science (M.Sc.) in biology and human physiology. Following her Master's degree, Sanchari went on to study a Ph.D. in human physiology. She has authored more than 10 original research articles, all of which have been published in world renowned international journals.

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