Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector27910.17816/psaic279TechnologiesТехнологииUnknownPrinciples of diffusion tensor imaging and its application to neuroscienceПринципы визуализации диффузионного тензора и его применение в неврологииKitaevS. V.КитаевС. В.
Russian Federation
platonova@neurology.ruPopovaT. A.ПоповаT. A.
Russian Federation
platonova@neurology.ruResearch Center of Neurology, Russian Academy of Medical SciencesФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН1003201261485602022017Copyright ©; 2012, Kitaev S.V., Popova T.A.Copyright ©; 2012, Kitaev S.V., Popova T.A.2012Kitaev S.V., Popova T.A.Kitaev S.V., Popova T.A.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/279

This review article deals with technical issues of diffusion weighted imaging (DWI), diffusion tensor imaging (DTI) and magnetic resonance tractography. We define such parameters of DWI like: apparent diffusion coefficient, b-factor, fractional anisotropy (FA) and diffusion tensor. We retell about main algorithms of MR-tractography pointing their specifics and drawbacks. We explore aspects of DTI in clinical neuroradiology and neuroscience for diagnosis and evaluation of axonal injury, demyelinization, tumors, peripheral nerves injuries, spinal cord diseases and brain development in late embryonic and neonatal period. We explain, how DTI allows to judge about micro-architecture of a brain going into details on technical issues, limiting an application of DTI only on small animals ex vivo.

В статье рассматриваются физические аспекты диффузионно-взвешенной томографии, визуализации диффузионного тензора (DTI) и МР-трактографии. Дается определение таким параметрам диффузионно-взвешенной МРТ, как коэффициент диффузии, b-фактор, фактор анизотропии (ФА) и диффузионный тензор (ДТ). Мы рассказываем об алгоритмах МР-трактографии, раскрывая их особенности и недостатки. Рассматриваются аспекты клинического применения методики DTI в диагностике аксонального повреждения и демиелинизации, опухолей ЦНС, поражений периферических нервов, заболеваний спинного мозга, а также в изучении развития головного мозга в позднем периоде гестации и в первые недели жизни. Мы объясняем, каким образом DTI позволяет судить о микроархитектуре головного мозга. Также мы останавливаемся на технических особенностях, ограничивающих применение методики только на лабораторных животных ex vivo.

MR-tractographydiffusion wheited MRIмагнитно-резонансная трактографиядиффузионно-взвешенная МРТBasser P.J., Jones D.K. Diffusion-tensor MRI: theory, experimental design and data analysis — a technical review. N. M. R. Biomed. 2002; 15: 456–467.Basser P.J., Pajevic S., Pierpaoli C. et al. In vitro fiber tractography using DT-MRI data. Magn. Reson. Med. 2000; 44: 625–632.Beaulieu C. The basis of anisotropic water diffusion in the nervous system — a technical review. N. M. R. Biomed. 2002; 15: 435–455.Frank L.R. Anisotropy in high angular resolution diffusion weighted MRI. Magn. Reson. Med. 2001; 45: 935–939.Mori S., Itoh R., Zhang J. et al. Diffusion tensor imaging of the developing mouse brain. Magn. Reson. Med. 2001; 46: 18–23.Mori S., Van Zijl P.C. Fiber tracking: principles and strategies — a technical review. N. M. R. Biomed. 2002; 15: 468–480.Mukherjee P., Miller J.H., Shimony J.S. et al. Diffusion-tensor MR imaging of gray and white matter development during normal human brain maturation. Am. J. Neuroradiol. 2002; 23: 1445–1456.Neil J., Miller J., Mukherjee P. et al. Diffusion tensor imaging of normal and injured developing human brain – a technical review. N. M. R. Biomed. 2002; 15: 543–552.Ries M., Jones R.A., Dousset V. Diffusion tensor MRI of the spinal cord. Magnetic resonance in Medicine. 2000; 44: 884–892.Song S.K., Sun S.W., Ramsbottom M.J. et al. Dysmyelination revealed through MRI as increased radial (but unchanged axial) diffusion of water. Neuroimage. 2002; 17: 1429–1436.Sun S.W., Liang H.F., Trinkaus K. et al. Noninvasive detection of cuprizone induced axonal damage and demyelination in the mouse corpus callosum. Magn. Reson. Med. 2006; 55: 302–308.Takagi T., Makamura M., Yamada M., et al. Visualization of peripheral nerve degeneration and regeneration: Monitoring with diffusion tensor tractography. NeuroImage. 2009; 44: 884–892.Tournier J.D., Calamante F., Gadian D.G. et al. Direct estimation of the fiber orientation density function from diffusion-weighted MRI data using spherical deconvolution. Neuroimage. 2004; 23: 1176–1185.Tuch D.S., Reese T.G., Wiegell M.R. et al. Diffusion MRI of complex neural architecture. Neuron. 2003; 40: 885–895.Wedeen V.J., Hagmann P., Tseng W.Y. et al. Mapping complex tissue architecture with diffusion spectrum magnetic resonance imaging. Magn. Reson. Med. 2005; 54: 1377–1386.Zhang J., Richards L.J., Yarowsky P. et al. Three-dimensional anatomical characterization of the developing mouse brain by diffusion tensor microimaging. Neuroimage. 2003; 20: 1639–1648.