扩散MRI中累积量级数的几何结构

《Nature Communications》：Geometry of the cumulant series in diffusion MRI

　　

摘要

水的扩散特性使得扩散磁共振成像（dMRI）对细胞级别的组织结构具有微米级别的敏感性。精准医疗和定量成像依赖于揭示dMRI的信息内容，并确定其简洁的、与硬件无关的特征表示方法。基于SO(3)旋转对称性，我们研究了dMRI信号的几何结构及其采集过程的拓扑特性，识别出了累积张量的不可约分量及其全部不变量，并将这些不变量与组织特性联系起来。通过纳入所有峰度不变量，在包含1189名受试者的病例中，显著提升了多发性硬化症的诊断准确性。我们基于二十面体顶点设计了最简化的采集方案，仅需1-2分钟就能确定整个大脑中最常用的不变量。利用具有确定对称性的标量不变量映射来表示dMRI数据，将为病理学、发育和衰老领域的机器学习分类器提供有力支持；而快速的采集协议将有助于将先进的dMRI技术应用于临床实践。