用于随机在圆柱面上行走的扩散MRI模型：用于非侵入性测量髓鞘半径
医学物理
2025-02-13 v2
摘要
准确测量体内髓鞘半径对于理解、诊断和监测各种神经系统疾病至关重要。尽管扩散MRI(dMRI)微结构技术取得了进展，但目前尚无模型专门用于估计髓鞘半径。本证据概念理论研究提出了两种新颖的dMRI模型，用于表征受限于圆柱面上的水分子扩散信号，近似髓水扩散。我们推导了它们的球均信号，消除纤维方向和色散效应以便于使用。这些模型进一步扩展以考虑多个同心圆柱，模拟髓鞘的层状结构。此外，我们引入了一种方法，将文献中轴突内径的组织学分布转换为髓鞘半径分布。我们还推导了用于估算这些分布预期的有效髓鞘半径的解析表达式。在圆柱和螺旋几何中进行的蒙特卡罗(MC)仿真验证了这些模型。这些仿真表明与解析预测一致。此外，我们观察到从组织学分布中推导出的有效半径与从dMRI信号拟合单圆柱模型获得的半径之间存在显著相关性。这些模型可集成到现有的多组分dMRI技术中，为非侵入性体内评估髓鞘半径开辟了道路。此类评估需要配备强扩散梯度的MRI扫描仪，以实现短回波时间的测量。进一步的工作需要使用真实dMRI数据和组织学测量进行验证。
引用
@article{arxiv.2410.18842,
title = {A diffusion MRI model for random walks confined on cylindrical surfaces: Towards non-invasive quantification of myelin sheath radius},
author = {Erick J Canales-Rodríguez and Chantal M. W. Tax and Elda Fischi-Gomez and Derek K. Jones and Jean-Philippe Thiran and Jonathan Rafael-Patiño},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.18842},
year = {2025}
}
备注
55 pages, 7 figures, 1 table, manuscript accepted in Frontiers in Physics