Tractografía

En neurociencia , la tractografía es una técnica de modelado 3D que se utiliza para representar visualmente los tractos nerviosos mediante datos recopilados por resonancia magnética de difusión . ^{[ 1 ]} Utiliza técnicas especiales de resonancia magnética (RM) y RM de difusión computarizada. Los resultados se presentan en imágenes bidimensionales y tridimensionales llamadas tractogramas . ^{[ 2 ]}

Además de los largos tractos que conectan el cerebro con el resto del cuerpo, existen complejos circuitos neuronales formados por conexiones cortas entre diferentes regiones corticales y subcorticales . La existencia de estos tractos y circuitos se ha revelado mediante técnicas histoquímicas y biológicas en muestras post mortem . Los tractos nerviosos no se pueden identificar mediante examen directo, tomografía computarizada ni resonancia magnética . Esta dificultad explica la escasez de descripciones de los mismos en los atlas de neuroanatomía y el escaso conocimiento de sus funciones.

El algoritmo de tractografía más avanzado puede producir el 90% de los haces de referencia, pero aún contiene una cantidad sustancial de resultados inválidos. ^{[ 3 ]}

La tractografía se realiza utilizando datos de resonancia magnética de difusión . ^{[ 4 ]} La difusión libre del agua se denomina difusión " isotrópica ". Si el agua se difunde en un medio con barreras, la difusión será desigual, lo que se denomina difusión anisotrópica . En tal caso, la movilidad relativa de las moléculas desde el origen tiene una forma diferente a una esfera . Esta forma se suele modelar como un elipsoide , y la técnica se denomina entonces imagen por tensor de difusión . ^{[ 5 ]} Las barreras pueden ser muchas cosas: membranas celulares, axones, mielina, etc.; pero en la sustancia blanca la principal barrera es la vaina de mielina de los axones . Los haces de axones proporcionan una barrera a la difusión perpendicular y una vía para la difusión paralela a lo largo de la orientación de las fibras.

Se espera que la difusión anisotrópica aumente en áreas con un alto grado de ordenamiento axonal maduro. Las condiciones en las que la mielina o la estructura del axón se ven alteradas, como traumatismos , ^{[ 6 ]} tumores e inflamación , reducen la anisotropía, ya que las barreras se ven afectadas por la destrucción o la desorganización.

La anisotropía se mide de varias maneras. Una de ellas es mediante una relación denominada anisotropía fraccional (AF). Una AF de 0 corresponde a una esfera perfecta, mientras que 1 representa una difusión lineal ideal. Pocas regiones presentan una AF mayor que 0,90. Este valor proporciona información sobre el grado de asféricaidad de la difusión, pero no sobre su dirección.

Cada anisotropía está vinculada a una orientación del eje predominante (dirección predominante de la difusión). Los programas de postprocesamiento pueden extraer esta información direccional.

Esta información adicional es difícil de representar en imágenes bidimensionales en escala de grises. Para superar este problema, se introduce un código de color. Los colores básicos pueden indicar al observador cómo están orientadas las fibras en un sistema de coordenadas tridimensional; esto se denomina "mapa anisotrópico". El software podría codificar los colores de esta manera:

• El color rojo indica la dirección en el eje X : de derecha a izquierda o de izquierda a derecha.
• El color verde indica las direcciones en el eje Y : de posterior a anterior o de anterior a posterior.
• El color azul indica las direcciones en el eje Z : de inferior a superior o viceversa.

Esta técnica no permite distinguir entre la dirección "positiva" y la "negativa" en el mismo eje.

Utilizando la resonancia magnética de tensor de difusión , se puede medir el coeficiente de difusión aparente en cada vóxel de la imagen y, tras una regresión multilineal a través de múltiples imágenes, se puede reconstruir el tensor de difusión completo. ^{[ 1 ]}

Supongamos que existe un tracto de fibras de interés en la muestra. Siguiendo las fórmulas de Frenet-Serret , podemos formular la trayectoria espacial del tracto de fibras como una curva parametrizada:

${\displaystyle {\frac {d\mathbf {r} (s)}{ds}}=\mathbf {T} (s),}$

dónde${\displaystyle \mathbf {T} (s)}$es el vector tangente de la curva. El tensor de difusión reconstruido${\displaystyle D}$puede tratarse como una matriz, y podemos calcular sus valores propios.${\displaystyle \lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3}}$y vectores propios${\displaystyle \mathbf {u} _{1},\mathbf {u} _{2},\mathbf {u} _{3}}$. Igualando el vector propio correspondiente al mayor valor propio con la dirección de la curva:

${\displaystyle {\frac {d\mathbf {r} (s)}{ds}}=\mathbf {u} _{1}(\mathbf {r} (s))}$

podemos resolverlo${\displaystyle \mathbf {r} (s)}$dados los datos para${\displaystyle \mathbf {u} _{1}(s)}$Esto se puede hacer mediante integración numérica, por ejemplo, utilizando Runge-Kutta , e interpolando los vectores propios principales .

• Conectoma
• resonancia magnética de difusión
• Conectograma