Determinación de distribución de orientaciones y diámetros de microfibras como nuevo paradigma de imágenes cuantitativas cerebrales

M. GIMENEZ; MILENA CAPIGLIONI; ANALIA ZWICK; GONZALO A. ALVAREZ

Congreso; 104 RAFA National meeting of the Argentinian Physics Association; 2019

Las imágenes por resonancia magnética nuclear pesadas por difusión (dMRI) sonampliamente utilizadas como métodos no invasivos para estudios cerebrales y pa-ra el diagnóstico de enfermedades neuronales tanto en el ámbito clı́nico como enel preclı́nico. En particular, enmarcadas en mejorar el diagnóstico de enfermedadesasociadas con alteraciones patológicas de los axones neuronales que conforman lamateria blanca del cerebro o con el fin de dilucidar las conexiones corticales, se estánevaluando nuevas secuencias de dMRI con mayor sensibilidad a ciertas caracterı́sticasmicroestructurales de los axones. En este trabajo se utiliza una secuencia denominadaNOGSE [1], [2], [3] que selectivamente genera un contraste en la señal de resonanciamagnética nuclear (RMN), dando información de los tamaños de la restricción de ladifusión de las moléculas de agua. Basándose en un modelo microscópico del proce-so de difusión molecular dentro y fuera de los axones, se simuló el comportamientode la señal de RMN proveniente de los espines nucleares de las moléculas de aguasuponiendo distintas orientaciones de axones. Para ello, se consideró que la difusiónde las moléculas de agua en la materia blanca es anisotrópica respecto a la dirección longitudinal y transversal de los tractos axonales. Se propone un modelo que permiteinferir las posibles orientaciones de los axones y sus distribuciones de diámetros apartir de la señal de RMN medida.Se realizaron fantomas con conjuntos de microfibras alineadas en una misma di-rección inmersas en agua que emulan los tractos axonales con diferentes diámetrosorientados en diferentes direcciones espaciales. Utilizando un espectrómetro de RMNde 9,4 T se caracterizó experimentalmente la difusión del agua en distintas direccionesen cada uno de estos conjuntos de fibras. Se realizaron mediciones con la secuenciaNOGSE con la que se pudo inferir la orientación de las fibras y sus distribucionesde diámetros, basándonos en el modelo teórico desarrollado. Se compararon los re-sultados con la secuencia estándar utilizada en el ámbito clı́nico, PGSE, basada enla secuencia de eco de espı́n de Stejskal y Tanner [4]. Finalmente, se analizaron lasventajas y desventajas de cada técnica evaluando sus posibles aplicaciones.[1] G. A. Álvarez, N. Shemesh, and L. Frydman. Phys. Rev. Lett. 111, 080404(2013).[2] N. Shemesh, G. A. Álvarez, and L. Frydman. J. Magn. Reson. 237, 49 (2013).[3] N. Shemesh, G. A. Álvarez, and L. Frydman. PLoS ONE 10, e0133201 (2015).[4] E.O. Stejskal, and J.E. Tanner. The Journal of Chemical Physics 42, 288-292 (1965).