Conexiones analíticas y numéricas entre los modelos fraccionarios de Fick e Intravoxel Incoherent Motion de la resonancia magnética de difusión
Autores: Yao, Jingting; Anjum, Muhammad Ali Raza; Swain, Anshuman; Reiter, David A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Conexiones analíticas y numéricas entre los modelos fraccionarios de Fick e Intravoxel Incoherent Motion de la resonancia magnética de difusión
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Perfusión tisular
Imágenes ponderadas en difusión
Perfusión microvascular
Movimiento incoherente intravoxel
Difusión fraccional de Fick
Músculo esquelético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La perfusión tisular deteriorada subyace a muchos estados de enfermedades crónicas y envejecimiento. La imagen por resonancia magnética (IRM) con ponderación en difusión es una técnica de IRM no invasiva que se ha utilizado ampliamente para caracterizar la perfusión tisular. Los modelos paramétricos basados en las mediciones de IRM con ponderación en difusión pueden caracterizar la perfusión microvascular modulada por alteraciones funcionales y microestructurales en el músculo esquelético. El modelo de movimiento incoherente intravoxel (IVIM) utiliza una forma biexponencial para cuantificar el movimiento incoherente de las moléculas de agua en la microvasculatura en valores bajos de b de las mediciones de IRM con ponderación en difusión. El modelo de difusión fraccional fickiana (FFD) es una representación parsimoniosa de la superdifusión anómala que utiliza la forma exponencial estirada y se puede utilizar para cuantificar el volumen microvascular del músculo esquelético. Ambos modelos son medidas establecidas de perfusión basadas en IRM con ponderación en difusión, y se ha estudiado el valor pronóstico de los parámetros del modelo para identificar procesos fisiopatológicos. Aunque las propiedades matemáticas de los modelos individuales se han informado previamente, no se ha examinado las conexiones cuantitativas entre los modelos IVIM y FFD. Este trabajo proporciona un marco matemático para obtener una transformación directa y unidireccional de los parámetros del modelo exponencial estirado a los del modelo biexponencial. Se implementan simulaciones numéricas y los resultados corroboran los resultados analíticos. Además, se muestra el análisis de las mediciones de IRM in vivo en el músculo esquelético utilizando ambos modelos biexponencial y exponencial estirado y se comparan con modelos analíticos y numéricos. Estos resultados demuestran la dificultad de la selección del modelo basada en la bondad de ajuste a los datos experimentales. Este análisis proporciona un marco para interpretar y armonizar mejor los parámetros de perfusión a partir de resultados experimentales utilizando estos dos modelos diferentes.
Descripción
La perfusión tisular deteriorada subyace a muchos estados de enfermedades crónicas y envejecimiento. La imagen por resonancia magnética (IRM) con ponderación en difusión es una técnica de IRM no invasiva que se ha utilizado ampliamente para caracterizar la perfusión tisular. Los modelos paramétricos basados en las mediciones de IRM con ponderación en difusión pueden caracterizar la perfusión microvascular modulada por alteraciones funcionales y microestructurales en el músculo esquelético. El modelo de movimiento incoherente intravoxel (IVIM) utiliza una forma biexponencial para cuantificar el movimiento incoherente de las moléculas de agua en la microvasculatura en valores bajos de b de las mediciones de IRM con ponderación en difusión. El modelo de difusión fraccional fickiana (FFD) es una representación parsimoniosa de la superdifusión anómala que utiliza la forma exponencial estirada y se puede utilizar para cuantificar el volumen microvascular del músculo esquelético. Ambos modelos son medidas establecidas de perfusión basadas en IRM con ponderación en difusión, y se ha estudiado el valor pronóstico de los parámetros del modelo para identificar procesos fisiopatológicos. Aunque las propiedades matemáticas de los modelos individuales se han informado previamente, no se ha examinado las conexiones cuantitativas entre los modelos IVIM y FFD. Este trabajo proporciona un marco matemático para obtener una transformación directa y unidireccional de los parámetros del modelo exponencial estirado a los del modelo biexponencial. Se implementan simulaciones numéricas y los resultados corroboran los resultados analíticos. Además, se muestra el análisis de las mediciones de IRM in vivo en el músculo esquelético utilizando ambos modelos biexponencial y exponencial estirado y se comparan con modelos analíticos y numéricos. Estos resultados demuestran la dificultad de la selección del modelo basada en la bondad de ajuste a los datos experimentales. Este análisis proporciona un marco para interpretar y armonizar mejor los parámetros de perfusión a partir de resultados experimentales utilizando estos dos modelos diferentes.