低角度分解能データにおける制約された球状のデコンボリューションとトラック密度マッピングによる白質路の再構築の改善：小児研究と文献レビュー

はじめに：拡散加重磁気共鳴イメージング（DW-MRI）により、in vivoでの脳構造の非侵襲的調査が可能になります。拡散テンソルイメージング（DTI）は、ボクセルごとに単一の主な拡散方向を想定するDW-MRIの頻繁に使用されるアプリケーションであり、したがって、繊維路の交差点の再構築にはあまり適していません。この問題を克服するために開発されたソリューションの中で、確率的トラクトグラフィー（CSD-PT）による制約のある球状のデコンボリューションは、成人の被験者の臨床環境で優れた品質の結果をもたらしました。ただし、特定の取得パラメーターと長いシーケンスが必要であり、小児の年齢層の臨床的使用を制限する場合があります。この作業の目的は、DTIの結果を、低角度分解能と小児臨床で一般的に使用される低いB値拡散配列で獲得した新生児および子供からのデータに関するトラック密度イメージング（TDI）マップおよびCSD-PTの結果を比較することでした。MRI検査。 材料と方法：34の勾配指示を使用して1.5 Tフィリップススキャナーで獲得した50人の子供（1〜8か月の20人の乳児、2〜17歳の20人の乳児、2〜17歳の22人の子供）のDW-MRI研究を分析しました。1,000 s/mm2のb値。その他のシーケンスパラメーターには、60の軸方向スライスが含まれていました。取得マトリックス、128×128;平均スキャン時間、5：34分。ボクセルサイズ、1.75 mm×1.75 mm×2 mm。1つのb = 0画像。各被験者について、CSD-PTで得られた全脳のトラクトグラムから主要な固有ベクトル（EV）マップと方向性エンコードされたカラーTDIマップ（DEC-TDIマップ）を計算しました。小脳 - 視床、皮質類類の脳細胞、および皮質脊髄路は、CSD-PTとDTIの両方を使用して再構築されました。結果は、5ポイントの定性的スコアを使用して2人の神経放射線科医によって比較されました。 結果：取得したDEC-TDIマップは、目視検査で評価されるように、EVマップよりも高い解剖学的詳細を提示しました。すべての被験者において、両方のトラクトグラフィー方法論を使用して、白質（WM）トラクトが正常に再構築されました。CSD-PTで得られたすべての管の平均定性的スコアは、DTIで得られたすべての地域よりも有意に高かった（すべての比較でp値<0.05）。 結論：CSD-PTは、小児科被験者に適合した取得パラメーターで1.5 Tで取得したDW-MRI研究に正常に適用でき、したがって、より大きな解剖学的詳細をTDIマップに提供します。この方法論は、小児時代のグループの臨床目的で満足のいく結果をもたらします。

INTRODUCTION: Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) allows noninvasive investigation of brain structure in vivo. Diffusion tensor imaging (DTI) is a frequently used application of DW-MRI that assumes a single main diffusion direction per voxel, and is therefore not well suited for reconstructing crossing fiber tracts. Among the solutions developed to overcome this problem, constrained spherical deconvolution with probabilistic tractography (CSD-PT) has provided superior quality results in clinical settings on adult subjects; however, it requires particular acquisition parameters and long sequences, which may limit clinical usage in the pediatric age group. The aim of this work was to compare the results of DTI with those of track density imaging (TDI) maps and CSD-PT on data from neonates and children, acquired with low angular resolution and low b-value diffusion sequences commonly used in pediatric clinical MRI examinations. MATERIALS AND METHODS: We analyzed DW-MRI studies of 50 children (eight neonates aged 3-28 days, 20 infants aged 1-8 months, and 22 children aged 2-17 years) acquired on a 1.5 T Philips scanner using 34 gradient directions and a b-value of 1,000 s/mm2. Other sequence parameters included 60 axial slices; acquisition matrix, 128 × 128; average scan time, 5:34 min; voxel size, 1.75 mm × 1.75 mm × 2 mm; one b = 0 image. For each subject, we computed principal eigenvector (EV) maps and directionally encoded color TDI maps (DEC-TDI maps) from whole-brain tractograms obtained with CSD-PT; the cerebellar-thalamic, corticopontocerebellar, and corticospinal tracts were reconstructed using both CSD-PT and DTI. Results were compared by two neuroradiologists using a 5-point qualitative score. RESULTS: The DEC-TDI maps obtained presented higher anatomical detail than EV maps, as assessed by visual inspection. In all subjects, white matter (WM) tracts were successfully reconstructed using both tractography methodologies. The mean qualitative scores of all tracts obtained with CSD-PT were significantly higher than those obtained with DTI (p-value < 0.05 for all comparisons). CONCLUSION: CSD-PT can be successfully applied to DW-MRI studies acquired at 1.5 T with acquisition parameters adapted for pediatric subjects, thus providing TDI maps with greater anatomical detail. This methodology yields satisfactory results for clinical purposes in the pediatric age group.