Подход к анализу диффузии на основе теории рассеяния позволяет количественно оценивать повреждение аксонов при травме головного мозга

Для ранней диагностики неврологических заболеваний и неинвазивного мониторинга их течения необходимо выявлять трудноуловимые изменения на клеточном уровне, возникающие задолго до объёмных изменений, различимых методами медицинской визуализации с миллиметровым разрешением. Морфологические изменения аксонов, например варикозные расширения и бусинчатость, наблюдаются при неврологических заболеваниях, а также в процессе развития и старения. Мы показали, что времязависимая диффузионная МРТ чувствительна к структурно нарушенной морфологии аксонов на микрометровом уровне. Теория рассеяния выявляет два параметра, определяющих диффузионную динамику воды вдоль аксонов: среднюю величину, обратную площади поперечного сечения, и дисперсию протяжённых флуктуаций этой площади. Разработанная теория позволяет прогнозировать показатели диффузионной МРТ, чувствительные к изменениям аксонов, для десятков тысяч аксонов за секунды, а не за месяцы моделирования. Это показано на модели черепно-мозговой травмы у самцов крыс и подтверждено данными диффузионной МРТ ex vivo. Предложенный подход связывает микрометровый и миллиметровый уровни разрешения и даёт возможность получать количественные объективные биомаркеры, применимые при широком спектре неврологических заболеваний.