Diffusione ristretta in MRI e microstruttura del tessuto neurale: studio preliminare

Aim of this work is to perform preliminary MRI studies for the characterization of restricted diffusion, by using an advanced technique named q-space analysis. This method allows to calculate the displacement probability distributions of the molecules due to diffusion. It is a non parametric approach, thus implying no a-priori model for data. In the case of restricted diffusion it enables an estimate of the microstructural dimensions of the examined specimens by means of anomalies compared to the non-restricted hindered diffusion standard, where displacement distribution is Gaussian broadening with the square root of diffusion time according to the apparent diffusion coefficient (ADC). The dimension of diffusion restricting cellular and axonal structures has a remarkable importance in the characterization of neural tissues an of their pathological changes. In this work, experiments were carried out on a biological phantom (celery), on a fixed guinea pig spinal cord and on a fixed guinea pig brain. Special attention was given to the effect of the parameters chosen for acquisition and post-processing according to the dimension of the cellular structures which were preliminarily experimented and those foreseen in pre-clinical and clinical trials.

L’obiettivo di questo lavoro è effettuare studi MRI preliminari per la caratterizzazione della diffusione ristretta, utilizzando una tecnica avanzata, l’analisi dello spazio q. Questo metodo permette di calcolare le distribuzioni di probabilità degli spostamenti delle molecole dovuti alla diffusione. È un approccio non parametrico, quindi non implica modelli a priori dei dati. Nel caso della diffusione ristretta consente una stima delle dimensioni microstrutturali dei campioni esaminati, analizzando le anomalie rispetto alla condizione non ristretta, in cui le distribuzioni di spostamento sono gaussiane, con deviazione standard crescente con la radice quadrata del tempo di diffusione in modo proporzionale al coefficiente di diffusione apparente (ADC). La dimensione delle strutture assonali e cellulari che causano la restrizione ha una notevole importanza nella caratterizzazione dei tessuti neurali, in condizioni fisiologiche e patologiche. In questo lavoro, sono stati compiuti esperimenti su un fantoccio biologico (sedano), su un midollo spinale di cavia fissato e su un cervello di cavia fissato. Si è prestata una particolare attenzione all’effetto dei parametri scelti per l’acquisizione e il post-processing in riferimento alle dimensioni delle strutture cellulari esaminate in questi esperimenti e il cui studio può essere previsto nelle future applicazione precliniche e cliniche.