ИСТИНА

Введение. Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография (ДВ МРТ) представляет собой технику магнитно-резонансной томографии (МРТ), предоставляющую информацию о микроскопических смещениях молекул воды, которые происходят в биологических тканях за счёт физической диффузии. ДВ МРТ позволяет рассчитывать различные карты количественных характеристик диффузии, совместный анализ которых наряду c другими модальностями актуален для медицинской диагностики и терапии с точки зрения классификации опухолей [1], определения степени их злокачественности [2], дифференциации различных морфологических структур опухолевых и неопухолевых патологических процессов [3], течения и исхода заболеваний, в частности клинического ответа на проведённое лечение [4]. На основе диффузионных данных МРТ возможно реализовать трехмерную реконструкцию волокон белого вещества, называемую трактографией, позволяющую оценивать расстояние и степень вовлечения белого вещества головного мозга в патологический процесс, а также реконструировать и изучать комплексные карты сложной сети связей в головном мозге. При работе с диффузионными данными МРТ возникают проблемы, касающиеся: обработки неоднозначных локальных геометрий [5], реконструкции вблизи коры [6], пространственного и углового разрешений, ложных срабатываний [7], артефактов и т.д. Основной целью данного проекта является разработка эффективных методик обработки диффузионных данных и построения трактов белого вещества головного мозга, а также реализация комплекса программ для внедрения в рутинное планирование лучевой терапии. Материалы и методы. Метод коррекции искажений данных, вызванных наведёнными токами, основан на выборе ковариационной функции, которая позволяет прогнозировать сигнал от вокселей даже со сложной конфигурацией волокон. Так как диффузионные данные могут рассматриваться как переменная отклика (сигнала), полученная на поверхности сферы, то для работы с ним могут быть использованы методы, применяемые в геостатистике, где особым случаем Гауссового процесса, наблюдаемого на сфере, является так называемый «Кригинг». Для этих методов ковариация часто определяется как функция угла θ между двумя векторами от центра сферы до x (наблюдаемые точки) и x′ (прогнозируемые точки в отсутствие искажений). Эти векторы легко представляются как g-векторы. Двумя популярными ковариационными функциями, определяющими взаимосвязь между наблюдаемыми точками и прогнозируемыми (искомыми), в геостатистике являются: 1) экспоненциальная; 2) сферическая. В качестве алгоритма трактографии на данный момент выбран детерминированный метод - Fiber Assignment by Continuous Tracking (FACT, выделение трактов непрерывным отслеживанием). Выделение тракта начинается в центре каждого вокселя со значением фракционной анизотропии (ФА) выше заранее заданного порога и продолжается параллельно главному направлению диффузии. В точке, где тракт пересекает воксель, направление меняется согласно новому главному направлению. Итеративно продолжая подобные действия, восстановление тракта будет прерываться при наступлении условий остановки алгоритма. Приложение MRDiffusion разрабатывается на стандартном языке C++. Предметная часть вынесена в отдельные библиотеки классов и может использоваться на различных платформах. В настоящее время в качестве пользовательского интерфейса выбрана платформа Windows 10. Формы создаются на языке XAML. Графика формируется с помощью среды DirecX. Для ряда вычислительных задач используются математические библиотеки с открытыми кодами. В качестве измерительной установки в данной работе используется МРТ томограф GE SignaHDxt 3.0T, установленный в отделении рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики НМИЦ нейрохирургии им. академика Н.Н. Бурденко Минздрава Росcии. Диффузионные данные были измерены с TR = 9900 мc, TE = 106 мс и 𝑏 = 1000 мм2/с. Данные о диффузии были получены в 60 направлениях, всего было получено 61 объемов (60 направлений + один невзвешенный объем). Каждый объем представляет собой 60 срезов с толщиной среза 2.2 мм с расстоянием между срезами 2.42 мм и размерами вокселя 1.76×1.76 мм2, с размерами матрицы 128×128. Результаты. При помощи интерфейса можно подгрузить полученные в ходе МРТ-обследования файлы в формате DICOM (с обязательной серией диффузионно-тензорной томографии (ДТТ)), которые будут отображены с возможностью выбора конкретной серии, что, безусловно, удобно с точки зрения навигации по изображениям и эффективно в рабочих условиях. Для дальнейшей обработки изображений извлечь маску головного мозга, что выполняется по изображениям с нулевым градиентом, то есть по T2w. В рамках приложения возможен расчёт карт таких количественных параметров, как средней диффузии и ФА, представленной в двух вариантах – обычной и с кодированием направлений цветом. Синий цвет имеют структуры, в которых главное направление диффузии находится, согласно введённым в анатомии человека направлениям, в краниальном или каудальном направлениях, аналогично зеленый цвет имеют структуры, в которых главное направление диффузии расположено в вентральном или дорсальном направлении и красный, если в направлении слева на право. Реализована визуализация трактов белого вещества головного мозга с возможностью варьирования параметров остановки алгоритма трактографии. При этом каждый кусочек тракта имеет цвет, получаемый смешением красного, зеленого и синего. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-90198.