Klasyfikacja pacjentów ze stwardnieniem rozsianym i osób zdrowych na podstawie metryk DTI

W czteroletnim, jednoośrodkowym badaniu klinicznym przeanalizowano skuteczność metryk obrazowania tensora dyfuzji (DTI) w klasyfikacji pacjentów ze stwardnieniem rozsianym (SM) oraz zdrowych osób kontrolnych (HC) [1]. Dane pozyskano w ramach klinicznego protokołu MRI na skanerze 3T. Badanie wykazało, że metryki DTI istotnie różnicują obie grupy nawet przy niskich wartościach w skali EDSS. Analizy przeprowadzono z wykorzystaniem zarówno standardowego podejścia, jak i wariantu skorygowanego metodą BSD-DTI. Autorska metoda BSD-DTI pozwala na wyznaczenie przestrzennie zmiennej macierzy b(r), której błędne przyjęcie jako jednorodnej prowadzi do powtarzalnych systematycznych błędów pomiarowych. Ich obecność i stabilność potwierdzono w długoterminowej obserwacji, a skuteczną eliminację wpływu tych błędów na wartości FA i MD wykazano empirycznie [1,4].

W analizie uwzględniono siedem kluczowych obszarów ROI, w których różnice między grupami HC i SM były istotne statystycznie (p < 0,001) przy dużym efekcie wielkości (> 0,5), zarówno w podejściu standardowym, jak i BSD. Dodatkowo stwierdzono istotne różnice pomiędzy metrykami STD i BSD, często z bardzo dużym efektem wielkości (> 0,8), co potwierdza wpływ błędów systematycznych na precyzję i interpretację wyników. Przykładowe wartości FA i MD uzyskane dla 7 wybranych obszarów mózgu (ROIs) przedstawiono w tabeli.

Metoda BSD-DTI została rozwinięta i przetestowana także w zastosowaniach przedklinicznych oraz w obrazowaniu innych narządów (np. mózgu szczura i wątroby) w ramach badań [2,3], prowadzonych w celu pogłębienia wiedzy o zjawiskach artefaktowych i walidacji komponentów algorytmu. Wpływ przestrzennych błędów systematycznych na precyzję mapowania DTI oraz ich znaczenie w kontekście planowania neurochirurgicznego zostały szczegółowo przeanalizowane w publikacji [4].

Uwaga: Zaobserwowano statystycznie istotne różnice (SSD) pomiędzy średnimi wartościami dla całych grup: HC i pacjentów z SM. Dane przedstawiono jako średnie ± odchylenie standardowe (SD). HC = grupa kontrolna (osoby zdrowe), MS = stwardnienie rozsiane, STD = wersja standardowa, BSD = przestrzenny rozkład macierzy b (B-matrix Spatial Distribution). Wartości dyfuzyjności średniej (MD) podano w mm²/s. Wartości p < 0,05 uznaje się za statystycznie istotne; odpowiadający im efekt wielkości (effect size) podano w nawiasach obok. Wyniki dla pozostałych metryk tensora dyfuzji – dyfuzyjności osiowej (AD) i radialnej (RD) – przedstawiono w tabeli uzupełniającej S2 w publikacji [1].

Referencje

1. Krzyżak AT, Lasek J, Schneider Z, Wnuk M, Bryll A, Popiela T, Słowik A. Diffusion tensor imaging metrics as natural markers of multiple sclerosis-induced brain disorders with a low Expanded Disability Status Scale score. NeuroImage 2024; 290, 120567. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120567.
2. Mazur‑Rosmus, A. T. Krzyżak. The effect of elimination of gibbs ringing, noise and systematic errors on the DTI metrics and tractography in a rat brain, W.; Scientific Reports 2024; 14:15010. https://doi.org/10.1038/s41598-024-66076-z
3. Mazur‑Rosmus W, Spees WM, Krzyżak AT. The added value of diffusion tensor imaging with systematic bias correction for the assessment of liver morphology and physiology. NMR Biomed 2024; e5259. https://doi.org/10.1002/nbm.5259
4. Lasek J, Stefańska AK, Kierońska‑Siwak S, Obuchowicz R, Krzyżak AT. Reduction of systematic errors in diffusion tensor imaging of the human brain as a prospect for increasing the precision of planning neurosurgical operations with particular emphasis on fiber tracking. Comput Biol Med 2025; 194:110503. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2025.110503