Трактография

Трактография
Трактография человеческого мозга
Цель	используется для визуального представления нервных путей

В неврологии , трактография является моделирование 3D - метод , используемый для визуального представления нервных трактов , используя данные , собранные с помощью диффузионной МРТ . ^[1] Он использует специальные методы магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной диффузной МРТ. Результаты представлены в виде двух- и трехмерных изображений, называемых трактограммами .

В дополнение к длинным путям, соединяющим мозг с остальным телом, существуют сложные нервные цепи, образованные короткими связями между различными корковыми и подкорковыми областями. Существование этих трактов и цепей было выявлено гистохимическими и биологическими методами на посмертных образцах. Нервные тракты не идентифицируются при прямом осмотре, КТ или МРТ . Этой трудностью объясняется скудность их описания в атласах нейроанатомии и плохое понимание их функций.

Самый продвинутый алгоритм трактографии может дать 90% базовых пакетов достоверных данных, но он по-прежнему содержит значительное количество неверных результатов. ^[2]

Техника МРТ [ править ]

В этом разделе не процитировать любые источники . Пожалуйста, помогите улучшить этот раздел , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален . ( Сентябрь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

DTI плечевого сплетения - дополнительную информацию см. На https://doi.org/10.3389/fsurg.2020.00019.

Трактографическая реконструкция нервных связей с помощью тензорной диффузной визуализации (DTI)

Файл: Ultra-High-Field-MRI-Post-Mortem-Structural-Connectivity-of-the-Human-Subthalamic-Nucleus-Video1.ogv

Воспроизвести медиа

МРТ трактография субталамического ядра человека

Трактография выполняется с использованием данных диффузной МРТ . Свободная диффузия воды называется « изотропной » диффузией. Если вода диффундирует в среде с барьерами, диффузия будет неравномерной, что называется анизотропной диффузией. В таком случае относительная подвижность молекул из источника имеет форму, отличную от сферы . Эта форма часто моделируется как эллипсоид , и тогда этот метод называется визуализацией тензора диффузии . Барьерами могут быть разные вещи: клеточные мембраны, аксоны, миелин и т. Д .; но в белом веществе основным барьером является миелиновая оболочка аксонов.. Связки аксонов создают барьер для перпендикулярной диффузии и путь для параллельной диффузии вдоль ориентации волокон.

Ожидается, что анизотропная диффузия будет увеличиваться в областях с высоким зрелым аксональным порядком. Состояния, при которых нарушены миелин или структура аксона, такие как травма , ^[3] опухоли и воспаление, уменьшают анизотропию, поскольку барьеры подвергаются разрушению или дезорганизации.

Анизотропия измеряется несколькими способами. Один из способов - это соотношение, называемое фракционной анизотропией (FA). FA, равный 0, соответствует идеальной сфере, а 1 - идеальной линейной диффузии. В некоторых регионах показатель FA превышает 0,90. Число дает информацию о том, насколько асферично диффузия, но ничего не говорит о направлении.

Каждая анизотропия связана с ориентацией преобладающей оси (преобладающим направлением диффузии). Программы постобработки могут извлекать эту направленную информацию.

Эту дополнительную информацию трудно представить на двухмерных изображениях с оттенками серого. Чтобы решить эту проблему, введен цветовой код. Основные цвета могут сказать наблюдателю, как волокна ориентированы в трехмерной системе координат, это называется «анизотропной картой». Программа могла кодировать цвета таким образом:

Красный указывает направления по оси X : справа налево или слева направо.
Зеленым цветом обозначены направления по оси Y : сзади кпереди или от переднего кзади.
Синим цветом обозначены направления по оси Z : от стопы к голове или наоборот.

Этот метод не позволяет различить «положительное» или «отрицательное» направление одной и той же оси.

Математика [ править ]

Используя МРТ с тензором диффузии , можно измерить кажущийся коэффициент диффузии в каждом вокселе изображения, и после полилинейной регрессии по нескольким изображениям можно восстановить весь тензор диффузии. ^[1]

Предположим, что в образце есть интересующий волоконный тракт. Следуя формулам Френе-Серре , мы можем сформулировать пространственную траекторию волоконного тракта как параметризованную кривую:

{\ displaystyle {\ frac {d \ mathbf {r} (s)} {ds}} = \ mathbf {T} (s),}

где - касательный вектор кривой. Восстановленный тензор диффузии можно рассматривать как матрицу, и мы можем легко вычислить ее собственные значения и собственные векторы . Приравнивая собственный вектор, соответствующий наибольшему собственному значению, с направлением кривой: ${\ Displaystyle \ mathbf {T} (s)}$ ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {1}, \ lambda _ {2}, \ lambda _ {3}}$ ${\ displaystyle \ mathbf {u} _ {1}, \ mathbf {u} _ {2}, \ mathbf {u} _ {3}}$

{\ Displaystyle {\ гидроразрыва {d \ mathbf {r} (s)} {ds}} = \ mathbf {u} _ {1} (\ mathbf {r} (s))}

мы можем решить для данных для . Это можно сделать с помощью численного интегрирования, например, с использованием метода Рунге – Кутты , и путем интерполяции главных собственных векторов . ${\ displaystyle \ mathbf {r} (s)}$ ${\ displaystyle \ mathbf {u} _ {1} (s)}$

См. Также [ править ]

Коннектом
Диффузная МРТ
Коннекограмма

Ссылки [ править ]

^ a b Basser PJ, Pajevic S, Pierpaoli C, Duda J, Aldroubi A (октябрь 2000 г.). «Волоконно-трактография in vivo с использованием данных DT-MRI» . Магнитный резонанс в медицине . 44 (4): 625–32. DOI : 10.1002 / 1522-2594 (200010) 44: 4 <625 :: АИД-MRM17> 3.0.CO; 2-О . PMID 11025519 .
^ Майер-Хайн KH, Neher PF, Houde JC, Côté MA, Garyfallidis E, Zhong J, et al. (Ноябрь 2017 г.). «Проблема картирования человеческого коннектома на основе диффузной трактографии» . Nature Communications . 8 (1): 1349. DOI : 10.1038 / s41467-017-01285-х . PMC 5677006 . PMID 29116093 .
^ Уэйд, Ryckie G .; Таннер, Стивен Ф .; Тех, Ирвин; Риджуэй, Джон П .; Шелли, Дэвид; Чака, Брайан; Рэнкин, Джеймс Дж .; Андерссон, Густав; Виберг, Микаэль; Бурк, Грейн (16 апреля 2020 г.). «Диффузионная тензорная визуализация для диагностики отрыва корня при травматических повреждениях плечевого сплетения у взрослых: исследование с подтверждением концепции» . Границы хирургии . 7 . DOI : 10.3389 / fsurg.2020.00019 .

[:0-1] Basser PJ, Pajevic S, Pierpaoli C, Duda J, Aldroubi A (октябрь 2000 г.). «Волоконно-трактография in vivo с использованием данных DT-MRI» . Магнитный резонанс в медицине . 44 (4): 625–32. DOI : 10.1002 / 1522-2594 (200010) 44: 4 <625 :: АИД-MRM17> 3.0.CO; 2-О . PMID 11025519 .

[ChallengeNatComm2017-2] Майер-Хайн KH, Neher PF, Houde JC, Côté MA, Garyfallidis E, Zhong J, et al. (Ноябрь 2017 г.). «Проблема картирования человеческого коннектома на основе диффузной трактографии» . Nature Communications . 8 (1): 1349. DOI : 10.1038 / s41467-017-01285-х . PMC 5677006 . PMID 29116093 .

[3] Уэйд, Ryckie G .; Таннер, Стивен Ф .; Тех, Ирвин; Риджуэй, Джон П .; Шелли, Дэвид; Чака, Брайан; Рэнкин, Джеймс Дж .; Андерссон, Густав; Виберг, Микаэль; Бурк, Грейн (16 апреля 2020 г.). «Диффузионная тензорная визуализация для диагностики отрыва корня при травматических повреждениях плечевого сплетения у взрослых: исследование с подтверждением концепции» . Границы хирургии . 7 . DOI : 10.3389 / fsurg.2020.00019 .

[1]