Využití pokročilých difuzních metod v analýze neurologických onemocnění

Abstract

V této diplomové práci je obsažena rešerše pokročilých metod difuzní magnetické rezo- nance, které mohou být použity jako nástroje pro studium a diagnostiku neurologických onemocnění. Je zde také stručný přehled principu magnetické rezonance a difuzně váže- ného zobrazování. Dále je zde uvedena rešerše softwarových nástrojů pro zpracování dat z těchto metod. V praktické části se práce zabývá analýzou difuzních dat a výpočtem pokročilých difuz- ních metod pro vědecké studie vedené na pracovišti MAFIL CEITEC MU. Tato analýza byla provedena pomocí „state-of-the-art“ nástrojů dodaných pracovištěm MAFIL CEI- TEC MU. Mezi tyto nástroje patří například knihovna nástrojů MRtrix3 nebo knihovna nástrojů FSL. Pro studii s názvem „MRI biomarkers of Parkinson’s disease in glymphatic system“ byl proveden výpočet DTI modelu a výpočet DTI-ALPS indexu. ALPS index, který je výsledkem této analýzy, by mohl být potenciálním biomarkerem Parkinsonovy choroby a mohl by nést cenné informace o této nemoci. Pro studii s názvem „Multimodální přístup k chirurgii epilepsie vedoucí k bezzáchvato- vému výsledku “ byl proveden výpočet DTI a DKI modelů. Výsledkem této studie by mohl být klasifikátor strojového učení, který s využitím optimální kombinace diagnostických metod bude schopen predikovat výsledek chirurgického zákroku u pacientů s farmakore- zistivní epilepsií. Pro studii Neurokognitivní základy sociální kognice a interpersonálního chování “ bylo provedeno předzpracování, výpočet DTI, výpočet DKI a výpočet FOD pomocí CSD ve třech tkáních (v bílé hmotě, šedé hmotě a v mozkomíšním moku). Také byla vytvořena populační šablona FOD, která bude sloužit k další analýze.

This diploma thesis includes a review of advanced diffusion magnetic resonance imaging methods, which can be used as tools for studying and diagnosing of neurological diseases. It also contains a brief overview of the principles of magnetic resonance imaging and diffusion-weighted imaging. Furthermore, it presents a review of software tools used for processing data obtained through these methods. In the practical part, the thesis deals with the analysis of diffusion data and the computa- tion of advanced diffusion models for scientific studies conducted at the MAFIL CEITEC MU facility. This analysis was carried out using state-of-the-art tools provided by the MAFIL CEITEC MU facility. These tools include, for example, the MRtrix3 toolbox or the FSL toolbox. For the study entitled "MRI biomarkers of Parkinson’s disease in the glymphatic system", the DTI model and the DTI-ALPS index were computed. The ALPS index, which is the result of this analysis, could serve as a potential biomarker of Parkinson’s disease and may carry valuable information about the condition. For the study entitled "Multimodal approach to epilepsy surgery leading to seizure-free outcome", DTI and DKI models were computed. The outcome of this study could be a machine learning classifier that, using an optimal combination of diagnostic methods, will be able to predict the surgical outcome in patients with pharmacoresistant epilepsy. For the study "Neurocognitive Foundations of Social Cognition and Interpersonal Be- haviour", preprocessing, DTI computation, DKI computation and FOD computation using CSD were performed. CSD was performed in three tissues (white matter, grey matter, and cerebrospinal fluid). Also a population FOD template was created, which will be used for further analysis.