Imaging con tensore di diffusione: differenze tra le versioni

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Versione delle 19:20, 1 mag 2015

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{{Disclaimer|medico}}

Il '''tensore di diffusione''' è uno strumento di [[risonanza magnetica]] attraverso il quale si possono costruire [[Diagnostica per immagini|immagini biomediche]] ('''DTI''', sigla dell'[[lingua inglese|inglese]] '''Diffusion Tensor Imaging''') anche [[tridimensionalità|tridimensionali]], ma di tipo [[Geometria_differenzialeGeometria differenziale#Oggetto_intrinsecoOggetto intrinseco|intrinseco]].

Il [[tensore]], cioè, usa il [[calcolo infinitesimale]] per definire nozioni geometriche di [[distanza (matematica)|distanza]], [[angolo]] e [[volume]] e studiare le [[curva (matematica)|curve]] di strutture anatomiche nelle quali una dimensione è di molto maggiore delle altre due (per esempio i fasci di fibre nervose della [[sostanza bianca]]).

Le molecole d'acqua in un tessuto biologico non sono libere di muoversi, a causa della presenza delle [[membrana biologica|membrane biologiche]] e delle strutture [[cellula|cellulari]]ri e [[organelli cellulari|infracellulari]], ma proprio per questo nel complesso si può osservare un'[[isotropia]] di tali movimenti: apparentemente, cioè, le molecole d'acqua non si muovono in una direzione particolare, ma lo fanno nella medesima misura in tutte e tre le direzioni.<br />Invece strutture anatomiche omogenee, come possono essere i fasci di fibre nervose, presentano un'[[anisotropia]], cioè una peculiare direzionalità che si riflette nella diffusione delle molecole d'acqua e che viene per l'appunto sfruttata per creare le immagini 3D del DTI.

== Tecnica ==

Occorrono come minimo 6 acquisizioni pesate in [[diffusione (RMN)|DWI]] per ottenere un'immagine DTI.

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Recentemente, sono stati proposti modelli più avanzati del processo di diffusione, con lo scopo di superare la debolezza del [[modello matematico]] del tensore di diffusione. Tra gli altri, questi includono il "Q-Space Imaging"<ref>[http://www.ismrm.org/08/Session04.htm HARDI/Q-Space Imaging]</ref><ref>[http://cds.ismrm.org/ismrm-2002/PDF1/0042.PDF q-Space imaging correlates with mechanical strain]</ref><ref>[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7869892 q-Space imaging of the brain]</ref> e l'imaging generalizzato del tensore di diffusione ("generalized diffusion tensor imaging").

== Come si descrive ==

Lo strumento matematico che descrive la distribuzione della diffusione in 3D è il ''Tensore di diffusione'', che altro non è che una matrice 3x3 simmetrica (6 parametri indipendenti).<br />

Si tratta di associare ad ogni punto dello spazio un tensore, aumentando il numero dei parametri associati ad ogni posizione. Per acquisire immagini sensibili agli effetti di diffusione occorre introdurre nella sequenza di acquisizione dei gradienti di campo magnetico ad hoc.

== Equazione di Bloch–Torrey ==

Nel 1956, H.C. Torrey dimostrò matematicamente come le [[equazioni di Bloch]] per la magnetizzazione cambino con l'aggiunta delle diffusione.<ref>{{Cita pubblicazione |doi=10.1103/PhysRev.104.563 |bibcode=1956PhRv..104..563T |titolo=Bloch Equations with Diffusion Terms |anno=1956 |cognome=Torrey |nome=H. C. |rivista=Physical Review |volume=104 |pagine=563}}</ref> Torrey modificò la descrizione originale della magnetizzazione trasversa fatta da Bloch, in modo di includere i termini di diffusione e l'applicazione di un gradiente spazialmente variante.<br> />

L'equazione di Bloch-Torrey (tralasciando il rilassamento) è:

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Questo dimostra una dipendenza cubica della magnetizzazione trasversa dal tempo. La diffusione anisotropica avrà un metodo di soluzione simile, ma con un tensore di diffusione più complesso.

=== Applicazioni ===

Le principali applicazioni sono quelle nella visualizzazione della [[sostanza bianca]], per determinare la localizzazione, orientamento, e [[anisotropia]] dei tratti e dei fasci di fibre nervose. L'architettura dei gruppi di [[Assone|assoni]] in fasci paralleli e le loro guaine di [[mielina]], facilitano la [[diffusione]] delle molecole d'acqua preferenzialmente lungo la loro principale direttrice. Questa diffusione orientata viene chiamata ''diffusione anisotropica'' (dall'inglese: ''anisotropic diffusion'').

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Una ricerca recente nello [[Barnes-Jewish Hospital]] e nella [[Washington University School of Medicine]] che studiava sia persone in salute che individui affetti da [[neurite ottica]], malati da poco tempo ma anche cronici (neurite che spesso è il sintomo d'esordio della [[sclerosi multipla]]), mostrava che la DTI può essere impiegata per misurare il progredire degli effetti di questa malattia sul [[nervo ottico]] e dunque sulla visione, perché misura la [[Diffusion MRI#Measures of anisotropy and diffusivity|diffusività assiale]] dell'acqua nell'area.

==== Alterazioni della sostanza bianca dovute all'esercizio ====

Nell'ottobre del 2009 venne pubblicata una ricerca che documentava un incremento localizzato della anisotropia frazionale in seguito all'addestramento a un complesso compito visivo-motorio (la [[giocoleria]]). Nella pubblicazione si sosteneva che si tratti della prima evidenza di cambiamenti dovuti all'esperienza nella microstruttura della [[sostanza bianca]] in esseri umani adulti sani.<ref>Nature Neuroscience, [[doi:10.1038/nn.2412]].</ref>

== Note ==

<references />

== Voci correlate ==

* [[Imaging a risonanza magnetica]]

* [[Diffusione (RMN)]]

* [[Diffusione molecolare]]

* [[Moto browniano]]

* [[Tensore]]

* [[Calcolo tensoriale]]

* [[Geometria differenziale]]

* [[Geometria differenziale delle curve]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

* [http://www.slicer.org 3D Slicer]

* [http://www.trackvis.org Trackvis]

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[[Categoria:Imaging a risonanza magnetica]]

{{Linkcategorie AdQ|dequalità}}