Difuzijsko snimanje tenzora

Difuzijsko snimanje tenzora ili magnetna rezonanca sa difuzijom (DW-MRI) predstavlja difuzijsko ponašanje molekula vode u biološkom tkivu kao slikovnu metodu koja se temelji na klasičnom MRT-u. Uglavnom se koristi u ispitivanjima mozga. Slično klasičnom MRI-u, postupak je neinvazivan i ne zahtijeva upotrebu ionizirajućeg zračenja.

Što je difuzijski tenzor?

U kliničkoj praksi, difuzijsko tensorsko snimanje uglavnom se koristi za ispitivanje mozga, jer difuzijsko ponašanje vode omogućava donošenje zaključaka o nekim bolestima središnjeg živčanog sustava.

Difuzijsko tehtanje magnetske rezonance je metoda magnetske rezonancije (MRT) koja mjeri difuzijske pokrete molekula vode u tjelesnom tkivu.

U kliničkoj se praksi uglavnom koristi za ispitivanje mozga, jer difuzijsko ponašanje vode omogućuje donošenje zaključaka o nekim bolestima središnjeg živčanog sustava. Pomoću difuzijsko-ponderirane magnetske rezonancije ili difuzijske tenzorske slike mogu se dobiti i podaci o toku velikih snopova živčanih vlakana. U često korištenom difuzijskom tenzorskom snimanju (DTI), varijanti DW-MRI, bilježi se i usmjerena ovisnost difuzije.

DTI izračunava tenzor po jedinici volumena, koji se koristi za opisivanje ponašanja trodimenzionalne difuzije. Međutim, zbog ogromne količine potrebnih podataka, ova mjerenja značajno su više vremena nego klasična MRI. Podaci se mogu interpretirati samo korištenjem različitih tehnika vizualizacije. Danas se difuzijskim tenzorima koji su se pojavili 1980-ih podržavaju svi novi MRI uređaji.

Funkcija, učinak i ciljevi

Poput konvencionalne magnetske rezonancije, magnetska rezonanca difuzno-ponderirane slike temelji se na činjenici da protoni imaju magnetski moment. Okretanje se može poravnati bilo paralelno ili anti paralelno s vanjskim magnetskim poljem.

Anti-paralelno poravnanje ima više energetskog stanja od paralelnog poravnanja. Kada se primijeni vanjsko magnetsko polje, uspostavlja se ravnoteža u korist protona niske energije. Ako je uključeno visokofrekventno polje preko ovog polja, magnetski momenti se okreću u smjeru xy ravnine, ovisno o jačini i trajanju impulsa. Ovo je stanje poznato kao nuklearna magnetska rezonanca. Kad se visokofrekventno polje ponovo isključi, nuklearni se centrifuge ponovo poravnavaju u smjeru statičkog magnetskog polja s vremenskim kašnjenjem koje ovisi o kemijskoj okolini protona.

Signal se registrira putem napona generiranog u mjernoj zavojnici. U difuzijskoj magnetskoj rezonanci tomografije primjenjuje se gradijentno polje tijekom mjerenja, koje mijenja snagu polja statičkog magnetskog polja u unaprijed određenom smjeru. To uzrokuje da vodikove jezgre izlaze iz faze i signal nestaje. Ako se smjer vrtnje jezgara obrne novim visokofrekventnim impulsom, oni se vraćaju u fazu i signal se ponovo pojavljuje.

Međutim, intenzitet drugog signala je slabiji jer neke jezgre više nisu u fazi. Taj gubitak intenziteta signala opisuje difuziju vode. Što je drugi signal slabiji, to je više jezgara difuzno u smjeru gradijentnog polja, a niži je difuzijski otpor. Otpor difuziji ovisi o unutarnjoj strukturi živčanih stanica. Pomoću izmjerenih podataka može se izračunati i ilustrirati struktura ispitivanog tkiva.

Difuzijsko-ponderirana slika magnetske rezonance često se koristi u dijagnostici moždanog udara. Neuspjeh natrijevo-kalijevih pumpi u slučaju moždanog udara ozbiljno ograničava difuzijske pokrete. Kod DW-MRI to se odmah vidi, dok se kod klasičnih MRI promjena često može registrirati tek nakon nekoliko sati. Drugo područje primjene odnosi se na planiranje operacija u kirurgiji mozga.

Difuzijsko snimanje tenzora određuje tok živčanih putova. To se mora uzeti u obzir pri planiranju operacije. Snimke također mogu pokazati je li tumor već prodro u živčani trakt. Ova se metoda može koristiti i za procjenu pitanja da li operacija uopće ima izgleda. Mnoge neurološke i psihijatrijske bolesti, poput Alzheimerove bolesti, epilepsije, multiple skleroze, šizofrenije ili HIV encefalopatije, sada su predmet istraživanja difuzijskog tenzorskog snimanja. Pitanje je koje su regije mozga pogođene kojim bolestima. Difuzijsko tensorsko snimanje se sve više koristi i kao istraživačko sredstvo za studije kognitivnih znanosti.

Rizici, nuspojave i opasnosti

Unatoč svojim dobrim rezultatima u dijagnostici moždanog udara, u pripremi moždanih operacija i kao istraživačkom sredstvu u mnogim kliničkim studijama, difuzijski ponderirana magnetna rezonancija tomografija i dalje ima svoje granice primjene.

U nekim slučajevima postupak još nije u potpunosti razvijen i zahtijeva intenzivan istraživački i razvojni rad da bi se poboljšao. Mjerenja magnetnorezonantne tomografije difuzno-ponderirane tomografije često nude samo ograničenu kvalitetu slike, jer se difuzijski pokret izražava samo prigušenjem izmjerenog signala. Mali napredak postignut je čak i s većom prostornom razlučivošću, jer pri manjim elementima glasnoće prigušenje signala nestaje u buci mjernog aparata. Pored toga, potreban je veliki broj pojedinačnih mjerenja.

Podaci mjerenja moraju se preraditi u računalu kako bi se mogli ispraviti neki poremećaji. Za sada još uvijek postoje problemi za zadovoljavanje složene difuzijske ponašanja na zadovoljavajući način. Prema trenutačnom stanju tehnike, difuzija unutar jednog voksela može se točno zabilježiti samo u jednom smjeru. Ispituju se metode koje mogu istovremeno napraviti difuzijski ponderirane snimke u različitim smjerovima. To su procesi koji zahtijevaju visoku kutnu razlučivost.

Metode procjene i obrade podataka također se trebaju još uvijek optimizirati. Na primjer, u prethodnim studijama podaci dobiveni difuzno-ponderiranom magnetskom rezonancom uspoređeni su s većim skupinama ispitanika. Međutim, zbog različitih anatomskih struktura različitih pojedinaca, to može dovesti do pogrešnih rezultata ispitivanja. Zato se moraju razviti nove metode za statističku analizu.