Diffusion Tensor Tractography versus Volumetric Imaging in the Diagnosis of Behavioral Variant Frontotemporal Dementia

Abstract

MRI diffusion tensor imaging (DTI) studies of white matter integrity in behavioral variant frontotemporal dementia have consistently shown involvement of frontal and temporal white matter, corresponding to regional loss of cortical volume. Volumetric imaging has a suboptimal sensitivity as a diagnostic tool and thus we wanted to explore if DTI is a better method to discriminate patients and controls than volumetric imaging. We examined the anterior cingulum bundle in 14 patients with behavioral variant frontotemporal dementia and 22 healthy controls using deterministic manual diffusion tensor tractography, and compared DTI parameters with two measures of cortical atrophy, VBM and cortical thickness, of the anterior cingulate cortex (ACC). Statistically significant changes between patients and controls were detected in all DTI parameters, with large effect sizes. ROC-AUC was for the best DTI parameters: 0.92 (fractional anisotropy) to 0.97 (radial diffusivity), 0.82 for the best cortical parameter, VBM of the ACC. Results from the AUC were confirmed with binary logistic regression analysis including demographic variables, but only for fractional anisotropy and mean diffusivity. Ability to classify patient/nonpatient status was significantly better for mean diffusivity vs. VBM (p=0.031), and borderline significant for fractional anisotropy vs. VBM (p=0.062). The results indicate that DTI could offer advantages in comparison with the assessment of cortical volume in differentiating patients with behavioral variant frontotemporal dementia and controls.

Quantification of microscopic diffusion anisotropy disentangles effects of orientation dispersion from microstructure: Applications in healthy volunteers and in brain tumors

“…The diffusion anisotropy has been shown to correlate with the progression of a wide variety of conditions (Kubicki et al, 2002). For example, reduced FA is observed during ageing (Hsu et al, 2010; Sullivan and Pfefferbaum, 2006), and in neurodegenerative diseases such as dementia (Englund et al, 2004; Santillo et al, 2013), Parkinson’s disease (Surova et al, 2013), Alzheimer’s disease (Sjobeck et al, 2010), and multiple sclerosis (Rovaris et al, 2005). By contrast, the value of FA tends to increase during white matter (WM) maturation (Lebel et al, 2008; Löbel et al, 2009) and after specific forms of training, such as juggling (Scholz et al, 2009).…”

An advanced white matter tract analysis in frontotemporal dementia and early-onset Alzheimer’s disease

“…For bvFTD, measures of white matter disease are thought to be more sensitive than those for gray matter disease. In particular, two studies show that tractrography and DTI measures are more sensitive in terms of bvFTD diagnosis than gray matter volumetrics, indicating decreased fractional anisotropy (explained in the Methods section) in the cingulum, anterior corpus callosum, and uncinate fasciculus (Powers et al 2014; Santillo et al 2013). Other studies show that changes in white matter diffusion correlate with gray matter atrophy in bvFTD (Avants et al 2010; Borroni et al 2007; Whitwell et al 2010).…”

Análisis de conectividad estructural cerebral en demencia frontotemporal, a partir de imágenes de resonancia de difusión

“…Estas regiones están involucradas, entre otras funciones, en la regulación del comportamiento (lóbulo frontal) y las habilidades lingüísticas (lóbulo temporal). El daño puede llevar a la reducción de las capacidades intelectuales y cambios en la personalidad, las emociones y el comportamiento [2,3]. Dependiendo de qué manifestaciones clínicas muestran los sujetos, la DFT se puede clasificar en 3 subvariantes: variante de comportamiento (bvDFT), demencia semántica (DS) y afasia progresiva primaria (APP).…”

“…En los últimos años, con la aparición de la resonancia magnética de difusión y la tractografía, se ha estudiado un enfoque alternativo. La técnica dMRI permite realizar estudios in-vivo y no invasivos, identificando patrones de alteraciones de la sustancia blanca en sujetos con DFT, que podrían ayudar a diferenciarla de otros tipos de demencia [2,3,11]. Mientras que la tractografía estima la probable orientación de la fibra a lo largo de las redes cerebrales, basadas en algunas métricas captadas por el modelo de difusión.…”

“…Mientras que la tractografía estima la probable orientación de la fibra a lo largo de las redes cerebrales, basadas en algunas métricas captadas por el modelo de difusión. Utilizando la dMRI varios estudios han demostrado que los parámetros de difusión se alteran en la sustancia blanca de los lóbulos temporal y frontal en pacientes con DFT en comparación con los controles o los sujetos con EA, estas alteraciones muestran ser más marcadas en las regiones anteriores que en las posteriores, como el fascículo uncinado, el segmento frontal del cuerpo calloso y el giro cingulado [2,3,12,13]. Incluso cuando la estimación de la orientación de los tractos de la materia blanca permite una evaluación de la integridad, generalmente esta se realiza en partes locales del cerebro, por lo que la comprensión del proceso neurodegenerativo subyacente se limita a las características anatómicas locales.…”