Skuteczność protokołu Multi-shell DTI i jego podzbiorów w różnicowaniu wczesnego SM z korekcją BSD-DTI

Badanie oceniało skuteczność protokołu multi-shell DTI (b = 0/1000/2000 s/mm², 40 kierunków) oraz jego podzbiorów w różnicowaniu osób zdrowych (HC) i pacjentów z wczesnym stwardnieniem rozsianym (SM, niski EDSS). Kluczowym elementem była korekcja przestrzennych błędów systematycznych wynikających z niejednorodności gradientów pola magnetycznego metodą BSD-DTI (rzeczywisty rozkład macierzy b(r)).

Najważniejsze wyniki

1. Eliminacja błędów systematycznych (fantom):

• odchylenie standardowe MD zmniejszyło się ponad 5-krotnie (z ~1,9% do ~0,37%),

• redukcja FA dla fantomu izotropowego ~3–4-krotna,

• efekt bardzo silny statystycznie (p < 0.001; efekt > 0,8).

Oznacza to, że nawet 70–80% błędu MD miało charakter usuwalny (systematyczny).

2. Różnicowanie HC vs MS (50 vs 50):

• FA i MD istotnie różnicowały grupy (p < 0.001; efekt umiarkowany–duży),

• skuteczność była podobna dla wszystkich wariantów protokołu,

• istotność osiągana już przy ~30 osobach w grupie.

3. Kluczowy wniosek metodologiczny:
Bezwzględne wartości FA i MD różniły się nawet o 40–50% między podzbiorami protokołu.
Bez korekcji rzeczywistego rozkładu gradientów porównywanie metryk DTI między schematami akwizycji ma ograniczoną wartość interpretacyjną.

BSD-DTI umożliwia fizycznie poprawne odwzorowanie tensora dyfuzji, niezależne od badanego obiektu, zależne wyłącznie od systemu MRI i parametrów sekwencji.

Referencje

1. Krzyżak AT, Lasek J, Słowik A. Diagnostic Performance of a Multi-Shell DTI Protocol and Its Subsets with B-matrix Spatial Distribution Correction in Differentiating Early Multiple Sclerosis Patients from Healthy Controls. Frontiers in Neurology – Applied Neuroimaging. 2025.
   https://doi.org/10.3389/fneur.2025.1618582
2. 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
3. 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. Computers in Biology and Medicine. 2025; 194:110503.
   https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2025.110503