树突棘在水交换测量中的作用：双扩散编码与自由波形MRI
医学物理
2025-05-01 v1
摘要
时间依赖的扩散MRI可用于体内估算水交换速率，但灰质区域报告的值仍不一致。虽然大多数研究将这些估计归因于膜通透性，但也有提议将非渗透性几何交换纳入考虑。本研究探讨了树突棘与轴突之间的几何交换对扩散MRI衍生交换估计的贡献。进行Monte Carlo仿真，合成树突的形态学、密度和膜通透性进行不同变化。使用多种协议(包括单扩散编码、双扩散编码和自由波形)生成扩散加权信号，并使用四种框架进行分析：K"arger模型(通过峰度时间依赖性)、相关张量成像、限制-交换和多高斯交换(伴随瞬时峰度)方法。发现树突棘对扩散加权信号产生类似于渗透性交换(随扩散时间减小信号)的时间依赖性特征。该效应受树突形态学和密度的调制。交换速率和微观峰度均随树突密度增加而增加。tMGE方法能够区分几何交换与渗透性交换。树突棘中的非渗透性交换对使用扩散MRI获取的交换估计有显著影响，应在未来研究中予以考虑。扩散MRI交换估计可能为树突密度提供一种无创的代理指标，具有用于神经系统疾病研究的潜在应用价值。
引用
@article{arxiv.2504.21537,
title = {The role of dendritic spines in water exchange measurements with diffusion MRI: Double Diffusion Encoding and free-waveform MRI},
author = {Arthur Chakwizira and Kadir Şimşek and Filip Szczepankiewicz and Marco Palombo and Markus Nilsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.21537},
year = {2025}
}