Strona główna » Zagadnienia badawcze » Detekcja i korekta błędów systematycznych w obrazowaniu tensora dyfuzji metodą BSD-DTI » Rozbieżności w orientacji włókien w DTI wskutek niejednorodności gradientów: teoria, symulacje i walidacja kliniczna
Rozbieżności w orientacji włókien w DTI wskutek niejednorodności gradientów: teoria, symulacje i walidacja kliniczna
Rysunek. Zrekonstruowane numerycznie włókna przechodzące przez środek fantomu P2 otrzymano przy użyciu standardowego DTI (po lewej) i BSD-DTI (po prawej).
Prace [1, 3] w postaci symulacji numerycznych jak i analizy wyników eksperymentalnych dotyczyły oceny wpływu niejednorodności gradientów pola magnetycznego na traktografię włókien neuronalnych [1] jak i metryki tensora dyfuzji [3].
Z kolei praca [2] usuwa sprzeczność teoretyczną jaką napotykamy powszechnie używając aparatu matematyczno-fizycznego zakładającego stałość wektora gradientu pola magnetycznego i macierzy b w przestrzeni, przy jednoczesnej rejestracji w eksperymentach niejednorodności tego gradientu. Wprowadzona przestrzeń krzywoliniowa, w której wektor gradientu jest stały pozwala na użycie podobnych formalizmów matematycznych.
Dodatkowo ta praca w połączeniu z wynikami eksperymentalnymi nadaje nowe znaczenie terminowi BSD-DTI, de facto prawidłowe DTI powinno być przeprowadzone według reguł i aparatu matematycznego proponowanego przez BSD-DTI. Symulacje numeryczne [1] wykazały, że niejednorodność gradientu dyfuzji, jeśli nie zostanie skorygowana, prowadzi do błędnego wskazania kierunku włókna (rys.). Średnie i maksymalne odchylenia wynosiły odpowiednio około 1 i 15 stopni. Co ciekawe, odchylenie pomiędzy rzeczywistą i zmierzoną orientacją włókien jest zależne od kierunku, co zostało potwierdzone w pomiarze MRI.
Błędy odchyleń można skutecznie skorygować poprzedzając pomiar DTI kalibracją BSD-DTI. W publikacji z 2025 roku po raz pierwszy wykazujemy kliniczne znaczenie tych zagadnień w eksperymencie obrazowania włókien neuronalnych mózgu wolontariusza [4].
Referencje
- Borkowski K, Krzyżak AT. Analysis and correction of errors in DTI-based tractography due to diffusion gradient inhomogeneity. J Magn Reson. 2018; 296:5–11.
https://doi.org/10.1016/j.jmr.2018.08.011 - Borkowski K, Krzyżak AT. The generalized Stejskal–Tanner equation for non–uniform magnetic field gradients. J Magn Reson. 2018; 296:23–28.
https://doi.org/10.1016/j.jmr.2018.08.010 - Borkowski K, Krzyżak AT. Assessment of the systematic errors caused by diffusion gradient inhomogeneity in DTI – computer simulations. NMR in Biomedicine. 2019; e4130.
https://doi.org/10.1002/nbm.4130 - 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
