Прямая и специфичная оценка повреждения аксонов и микроокружения спинного мозга с помощью диффузионно-корреляционной визуализации

Описан практический подход к двухмерной диффузионной МРТ, позволяющий повысить специфичность и чувствительность выявления повреждения аксонов в спинном мозге. Метод даёт возможность оценивать внутри вокселя распределение корреляций подвижности воды в двух взаимно перпендикулярных направлениях и выявлять субвоксельные компоненты диффузии. Мы изучили подвижность воды в осевом и радиальном направлениях в образцах спинного мозга с подтверждённым повреждением аксонов в определённых проводящих путях. Сначала с помощью просвечивающей электронной микроскопии и иммуногистохимии показано, что вслед за Валлеровой дегенерацией в кортикоспинальном тракте возникают специфичные для этого пути аксональные вздутия — непосредственное последствие закрытой черепно-мозговой травмы. Некоторые усреднённые по вокселю показатели диффузионно-тензорной визуализации (DTI) чувствительны к этому повреждению аксонов, но неспецифичны, то есть не позволяют установить лежащий в его основе биофизический механизм. Затем для более точного разграничения различных микроокружений воды применили двухмерную диффузионно-корреляционную визуализацию (DCI), измеряя и картируя совместные распределения подвижности воды в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси спинного мозга. Выявлены шесть различных спектральных компонентов диффузии, различающихся по микроскопической анизотропии и подвижности. В области повреждения высокоанизотропный компонент диффузии полностью исчезал, сменяясь более изотропным. На основании этих результатов получено МР-изображение спинного мозга, специфичное для повреждения, и проведено радиолого-морфологическое сопоставление с процентной площадью окрашивания серебром в гистологических препаратах. Сильная статистически значимая корреляция (r=0,70; p<0,0001) свидетельствует о высокой специфичности DCI при выявлении вызванных повреждением изменений ткани. Предполагается, что возможность избирательно визуализировать микроструктурные изменения после повреждения аксонов в спинном мозге найдёт применение в клинической практике и исследованиях, обеспечивая специфическое выявление таких изменений и повышение чувствительности к ним. Полученные результаты также обосновывают дальнейшее развитие DCI для визуализации в большем числе пространственных измерений, что позволит оценивать травматическое повреждение аксонов, а возможно, и другие заболевания и нарушения головного мозга.