Tractografía por Imagen Ponderada por Difusión

Introducción

Diffusion Tensor Imaging, DTI por sus siglas en inglés, es una técnica de imágenes basada en la forma 3D de la difusión del agua. La difusión libre es uniforme en todas las direcciones. Esto se conoce como difusión "isotrópica". Si el agua se difunde en un ambiente que tiene barreras, la difusión no es uniforme. En ese caso, la movilidad relativa de las moléculas pierde la figura simétrica de la esfera, adoptando frecuentemente la de un elipsoide. Las barreras pueden ser muchas cosas, membranas celulares, axones, mielina, etc.; pero en el caso de la materia blanca la barrera principal es la membrana de mielina de los axones. Manojos de axones forman una barrera contra la difusión perpendicular y abren paso a la difusión paralela a lo largo de la orientación de las fibras. Esto se conoce como difusión "anisotrópica".  La difusión es más anisotrópica en áreas de alta madurez axonal. Condiciones como traumas, tumores e inflamaciones interrumpen la mielina o la estructura del axón, reduciendo la anisotropía porque las barreras son afectadas por la destrucción y desorganización.

La anisotropia se mide de varias maneras. Una de ellas es por una proporción conocida como "anisotropía fraccional" (FA) Una anisotropia de "O" corresponde a una esfera perfecta, y una anisotropía de valor 1 es la difusión linear ideal. Los tractos bien definidos tienen una FA mayor de 0.20. Pocas regiones tienen una FA mayor de 0.90. Ese número indica la asimetría de la difusión, pero no indica la dirección.

Cada anisotropía está relacionada con la orientación del eje predominante (la dirección predominante de la difusión). Programas de post-procesamiento pueden extraer la información direccional.

Esta información adicional es difícil de representar por medio de imágenes bidimensionales en escala de grises, como son las imágenes regulares de los estudios radiológicos. A fin de superar este problema, se introduce la codificación a color. Los colores básicos pueden mostrar al observador la manera en que las fibras están orientadas en un sistema tridimensional de coordenadas. Esto se conoce como "mapa anisotrópico". Nuestro programa codifica los colores de la siguiente manera:

  1. Rojo indica direcciones en el eje X: derecha a izquierda o izquierda a derecha.
  2. Verde indica direcciones en el eje Y: posterior a anterior o anterior a posterior.
  3. Azul indica direcciones en el eje Z: en dirección pié a cabeza o viceversa.

Nótese que la técnica no puede diferenciar la dirección "positiva" o "negativa" en el mismo eje.

 

"Imágen de anisotropía fraccional". Los pixels (puntos) blancos corresponden a los altos valores de anisotropía fraccional (FA). Los oscuros corresponden a los valores bajos de anisotropía fraccional. La materia blanca consiste de axones que funcionan como barreras para la difusión libre del agua, y explica la anisotropía alta, que se ve brillante comparada con la corteza donde hay menos estructura y más libre difusión resultando en una señal más baja.

 

"Mapa de anisotropía fraccional" codificado a color. Los pixels se muestran en colores para revelar la dirección predominante de la difusión del tensor. El color verde muestra fibras orientadas en dirección anterior-a-posterior o posterior-a-anterior. El rojo muestra fibras orientadas de derecha-a-izquierda, o de izquierda-a-derecha (ej.: cuerpo calloso). El azul muestra fibras orientadas de cabeza-a-pie o viceversa (ej.: tractos piramidales en la corona radiata, lateral al cuerpo calloso).