Compendio de métodos para caracterizar la geometría de los tejidos cerebrales a partir de imágenes de resonancia magnética por difusión del agua.

Resumen

La técnica de imagen de resonancia magnética por difusión es una modalidad de imagen de resonanciamagnética empleada para estudiar el proceso de difusión molecular del agua en tejidos biológicos. En losúltimos años esta técnica ha sido la principal herramienta para estudiar la microestructura y organizaciónespacial de los tejidos del cerebro de forma no invasiva. Entre los métodos de análisis que se hanpropuesto para modelar e interpretar los datos observados, el modelo del tensor de difusión fue el primeroen considerar la anisotropía del proceso de difusión del agua en el cerebro, donde la difusión ocurre deforma desigual en diferentes direcciones debido a la disposición espacial de los tejidos. Sin embargo, eneste modelo se asume que el proceso de difusión tiene una geometría elipsoidal, suposición inválida paramuchas regiones del cerebro que compromete la interpretación de los resultados. Tal limitación haimpulsado el reciente desarrollo de nuevos modelos teóricos, esquemas de medición y algoritmos dereconstrucción. A pesar de la notable mejora que introducen estos métodos en relación al tensor dedifusión, algunos de ellos tienen limitaciones prácticas y su formulación teórica aún se encuentra encreciente desarrollo; en otros, los métodos numéricos empleados en la estimación no son necesariamenteóptimos debido a que han obviado aspectos que podrían ser relevantes. Con el objetivo de extender yperfeccionar varias de las herramientas modernas dedicadas a la modelización de imágenes de resonanciamagnética por difusión, en el marco de esta tesis se presenta un compendio de métodos para obtenerestimadores más realistas de la estructura arquitectónica del cerebro humano. Las técnicas desarrolladasen este compendio encuentran aplicación en las neurociencias, la medicina y la psiquiatría. Estas han sidopublicadas en revistas científicas de alto impacto y son actualmente empleadas en el estudio de lasalteraciones cerebrales en pacientes con enfermedades mentales. // La técnica de imagen de resonancia magnética por difusión es una modalidad de imagen de resonanciamagnética empleada para estudiar el proceso de difusión molecular del agua en tejidos biológicos. En losúltimos años esta técnica ha sido la principal herramienta para estudiar la microestructura y organizaciónespacial de los tejidos del cerebro de forma no invasiva. Entre los métodos de análisis que se hanpropuesto para modelar e interpretar los datos observados, el modelo del tensor de difusión fue el primeroen considerar la anisotropía del proceso de difusión del agua en el cerebro, donde la difusión ocurre deforma desigual en diferentes direcciones debido a la disposición espacial de los tejidos. Sin embargo, eneste modelo se asume que el proceso de difusión tiene una geometría elipsoidal, suposición inválida paramuchas regiones del cerebro que compromete la interpretación de los resultados. Tal limitación haimpulsado el reciente desarrollo de nuevos modelos teóricos, esquemas de medición y algoritmos dereconstrucción. A pesar de la notable mejora que introducen estos métodos en relación al tensor dedifusión, algunos de ellos tienen limitaciones prácticas y su formulación teórica aún se encuentra encreciente desarrollo; en otros, los métodos numéricos empleados en la estimación no son necesariamenteóptimos debido a que han obviado aspectos que podrían ser relevantes. Con el objetivo de extender yperfeccionar varias de las herramientas modernas dedicadas a la modelización de imágenes de resonanciamagnética por difusión, en el marco de esta tesis se presenta un compendio de métodos para obtenerestimadores más realistas de la estructura arquitectónica del cerebro humano. Las técnicas desarrolladasen este compendio encuentran aplicación en las neurociencias, la medicina y la psiquiatría. Estas han sidopublicadas en revistas científicas de alto impacto y son actualmente empleadas en el estudio de lasalteraciones cerebrales en pacientes con enfermedades mentales.