BACKGROUND When investigating white matter (WM) microstructure, the axonal fiber orientation should be considered. Constrained spherical deconvolution (CSD) is a diffusion-weighted imaging (DWI) method that estimates distribution of fibers within each imaging voxel. OBJECTIVE To study fiber-bundle cross-section (FC) as measured by CSD in multiple sclerosis (MS) patients versus healthy controls (HCs). METHODS DWI and three-dimensional (3D) T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI) were obtained from 45 MS patients and 45 HCs. We applied fixel-based morphometry analysis to assess differences of FC in MS against HCs and voxel-based analysis of fractional anisotropy (FA). RESULTS We found a significant widespread reduction of WM FC in MS compared to HCs. The decrease in FA was less extensive, mainly located in regions with high lesion occurrence such as the periventricular WM and the corpus callosum. Progressive MS patients showed a significant FC reduction in the right anterior cingulum, bilateral cerebellum, and in several mesencephalic and diencephalic regions compared to relapsing-remitting MS patients. CONCLUSION The CSD method can be applied in MS for a fiber-specific study of WM microstructure and quantification of FC. Fixel-based findings offered greater anatomical specificity and biological interpretability by identifying tract-specific differences and allowed substantial abnormalities to be detected.

中文翻译：

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使用弥散加权成像测量多发性硬化症的白质纤维束横截面

背景在研究白质 (WM) 微观结构时，应考虑轴突纤维取向。约束球面解卷积 (CSD) 是一种扩散加权成像 (DWI) 方法，可估计每个成像体素内的纤维分布。目的 研究通过 CSD 在多发性硬化症 (MS) 患者与健康对照 (HC) 中测量的纤维束横截面 (FC)。方法 从 45 名 MS 患者和 45 名 HC 获得 DWI 和三维 (3D) T1 加权磁共振成像 (MRI)。我们应用基于固定素的形态测量分析来评估 MS 中 FC 与 HC 的差异，以及基于体素的分数各向异性 (FA) 分析。结果我们发现，与 HC 相比，MS 中 WM FC 显着广泛减少。FA 的下降幅度较小，主要位于脑室周围 WM 和胼胝体等病变高发区域。与复发缓解型 MS 患者相比，进行性 MS 患者的右前扣带回、双侧小脑以及几个中脑和间脑区域的 FC 显着减少。结论 CSD 方法可以在 MS 中应用于 WM 微观结构的纤维特定研究和 FC 的量化。基于 Fixel 的发现通过识别特定管道的差异并允许检测到实质性异常，提供了更大的解剖学特异性和生物学可解释性。并且在几个中脑和间脑区域与复发缓解型 MS 患者相比。结论 CSD 方法可以在 MS 中应用于 WM 微观结构的纤维特定研究和 FC 的量化。基于 Fixel 的发现通过识别特定管道的差异并允许检测到实质性异常，提供了更大的解剖学特异性和生物学可解释性。并且在几个中脑和间脑区域与复发缓解型 MS 患者相比。结论 CSD 方法可以在 MS 中应用于 WM 微观结构的纤维特定研究和 FC 的量化。基于 Fixel 的发现通过识别特定管道的差异并允许检测到实质性异常，提供了更大的解剖学特异性和生物学可解释性。