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Ressonância Magnética Quantitativa: Imagem por tensor de Difusão (DTI)

Atualizado: 13 de mar.

A técnica de Imagem por Tensor de Difusão (DTI) é uma metodologia avançada de ressonância magnética que permite a avaliação detalhada da microestrutura tecidual através da medição da difusão da água em diversas direções. Essa técnica, que emergiu no início dos anos 90, é amplamente utilizada para investigar a anatomia e as propriedades da substância branca (SB) do cérebro em diferentes contextos neurocientíficos e clínicos. Ela oferece insights sobre a orientação das fibras, a densidade dos axônios e o grau de mielinização.


Apesar de sua relevância, a DTI tem limitações significativas, principalmente devido ao pressuposto de difusão gaussiana, que assume a presença de uma única população de fibras por voxel. Essa premissa é desafiada pelo fato de que uma grande parte do cérebro apresenta voxels com múltiplas populações de fibras que se cruzam ou possuem trajetórias altamente curvas. A técnica de Imagem de Difusão de Alta Resolução Angular (HARDI), que emprega a deconvolução esférica, foi desenvolvida para superar essas limitações, oferecendo melhores avaliações de cruzamento de fibras e novas métricas de anisotropia.


As análises de imagem de difusão, seja através de DTI ou HARDI, baseiam-se em três categorias principais de métricas:


  1. Métricas baseadas em DTI, incluindo Anisotropia Fracionada (FA), Difusividade Média (MD), Difusividade Axial (AD) e Difusividade Radial (RD), que fornecem informações sobre a orientação e integridade das fibras no nível do voxel.

  2. Métricas relacionadas à neuroinflamação, que estimam a água livre usando um modelo compartimental de dois tensores, destacando a difusão isotrópica irrestrita da água no espaço extracelular.

  3. Medidas baseadas em fixel, que focam em populações específicas de fibras dentro de um voxel, permitindo uma análise mais detalhada da integridade da SB em feixes de fibras específicos.

As métricas mais comuns utilizadas no modelo DTI para descrever o movimento das moléculas de água em uma escala microscópica incluem:


  • Anisotropia Fracionada (FA), que estima a integridade axonal e a mielinização;

  • Difusividade Média (MD), inversamente proporcional à densidade de membranas;

  • Difusividade Axial (AD), que mede a difusão ao longo do eixo principal;

  • Difusividade Radial (RD), que mede a difusão perpendicular ao eixo principal e está relacionada à integridade da mielina.





O elipsoide de difusão, representado graficamente no espaço tridimensional, é uma abstração que facilita a interpretação dos padrões de difusão dentro de um voxel.

O autovalor maior (λ1), associado ao eixo maior do elipsoide, reflete a direção principal de difusão, geralmente alinhada com a orientação das fibras axonais no voxel. Esta direção de difusão preferencial é indicativa da organização estrutural do tecido e pode ser usada para inferir a direção da trama de fibras subjacentes. A representação através do maior autovalor (eixo maior) é crucial para a análise da anisotropia, pois indica onde a difusão é maximamente facilitada.


Os autovalores intermediário (λ2) e menor (λ3) oferecem informações complementares, representando as difusões secundária e terciária dentro do voxel. A direção e magnitude desses autovalores são essenciais para entender a geometria do espaço de difusão. Em regiões com alta anisotropia, como tratos de matéria branca bem definidos, o λ1 será significativamente maior do que os λ2 e λ3, refletindo uma forte preferência de difusão ao longo de uma direção. Contrastando, uma aproximação dos valores de λ1, λ2, e λ3 sugere isotropia, típica do líquido cefalorraquidiano (LCR) ou da matéria cinzenta, onde a difusão da água é menos restrita e ocorre de forma mais uniforme em todas as direções.


O índice de água livre (FW) é outra métrica importante que representa a porção do sinal explicada por água isotropicamente irrestrita, servindo como um indicador indireto de neuroinflamação.

A tabela a seguir resume as métricas derivadas de DTI e HARDI, detalhando seu significado clínico e o modelo matemático subjacente:

Métrica (sigla)

Detalhes e Significado Clínico

Modelo Matemático

Anisotropia Fracionada (FA)

Varia de 0 a 1, indicando a orientação e integridade das fibras

DTI

Difusividade Média (MD)

Reflete a integridade microestrutural sem especificar direcionalidade

DTI

Difusividade Axial (AD)

Mede a difusão ao longo do eixo principal, relacionada à lesão axonal

DTI

Difusividade Radial (RD)

Mede a difusão perpendicular ao eixo principal, indicando a integridade da mielina

DTI

Água Livre (FW)

Quantifica a água no espaço extracelular, relacionada à neuroinflamação

Bitensor

Densidade de Fibras Aparente (AFD)

Proporcional ao volume intra-axonal, diferenciando feixes de fibras

fODF, HARDI/CSD

Número de Orientações de Fibras (NuFO)

Estima a complexidade local da SB

fODF, HARDI/CSD


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