MRI ważony dyfuzją.

Dyfuzja jest głównym procesem fizycznym zachodzącym podczas reakcji metabolicznych komórki. Pierwszy obraz MR ważony dyfuzją skonstruowano w 1985 roku. Dyfuzyjny MRI wszedł do praktyki klinicznej wraz ze skanerami MRI III generacji. Aby uzyskać tomogramy ważone dyfuzją, stosuje się sekwencje impulsów echoplanarnych „echa spinowego” EPI z dwoma gradientami dyfuzji o tej samej amplitudzie i czasie trwania. Aby ilościowo ocenić właściwości dyfuzyjne wody w tkance, konstruuje się parametryczne mapy dyfuzji, na których kolor każdego piksela odpowiada zmierzonemu współczynnikowi dyfuzji. Na mapie dyfuzji tkanki o wysokiej szybkości dyfuzji wody są kolorowane na czerwono i biało, tkanki o niskiej szybkości dyfuzji są kolorowane na niebiesko i czarno.

Zależność zdolności dyfuzyjnej cząsteczek od kierunku nazywana jest anizotropią dyfuzyjną. W istocie białej mózgu cząsteczki wody łatwo dyfundują wzdłuż włókien nerwowych, ale ich ruch przez włókna jest ograniczony przez nieprzepuszczalną osłonkę mielinową.

Do obrazowania anizotropii dyfuzji wody w tkankach stosuje się obrazowanie tensora dyfuzji metodą rezonansu magnetycznego.

W MRI tensora dyfuzji orientacja elipsoid dyfuzyjnych w wokselach służy do określania przebiegu włókien nerwowych tworzących szlaki nerwowe poprzez łączenie ze sobą wektorów własnych tensora dyfuzji. Algorytmy połączeń są dość złożone, dlatego stosuje się różne metody obliczeniowe, aby „narysować” przebieg wielu włókien nerwowych tworzących szlak nerwowy. W rezultacie MRI tensora jest często nazywane traktografią – metodą wizualizacji przebiegu szlaków nerwowych. W najprostszej formie częściowa anizotropia dyfuzji jest kodowana kolorami, a kierunki ruchu dyfuzyjnego cząsteczek wody w tkankach są wizualizowane poprzez kolorowanie pikseli na określony kolor w zależności od orientacji ich wektora własnego (czerwony – wzdłuż osi X, zielony – wzdłuż osi Y, niebieski – wzdłuż osi Z).

Badanie tensora dyfuzji metodą rezonansu magnetycznego pozwala na wykrycie połączeń strukturalnych pomiędzy częściami mózgu, co jest szczególnie istotne w przypadku procesów objętościowych i chorób, które zniekształcają strukturę anatomiczną lub niszczą istotę białą (guzy, urazy mózgu, choroby demielinizacyjne itp.).

Zastosowanie kliniczne MRI ważonego dyfuzyjnie i tensora dyfuzji. Spadek prędkości mierzonego współczynnika dyfuzji w tkance mózgowej jest czułym wskaźnikiem zaburzeń niedokrwiennych i ciężkości niedokrwienia. Obecnie wykorzystanie obrazów ważonych dyfuzyjnie jest jedną z najszybszych i najbardziej swoistych metod diagnozowania niedokrwiennego zawału mózgu we wczesnych stadiach jego rozwoju (do 6 godzin), kiedy istnieje „okno terapeutyczne” do zastosowania trombolizy i częściowego lub całkowitego przywrócenia przepływu krwi w dotkniętych tkankach mózgowych. W ostrej fazie udaru mózgu obszar uszkodzenia mózgu na obrazach ważonych dyfuzyjnie ma typowo wysoki sygnał MP, podczas gdy prawidłowa tkanka mózgowa wydaje się ciemna. Odwrotnie jest na mapach mierzonego współczynnika dyfuzji. Mapy mierzonego współczynnika dyfuzji stały się sposobem diagnozowania niedokrwienia i dynamicznego monitorowania rozwoju ostrego udaru naczyniowo-mózgowego i późniejszej przewlekłej degeneracji tkanek spowodowanej niedokrwieniem. Nieinwazyjność i szybkość zastosowania obrazów dyfuzyjnych decydują o pierwszorzędnym znaczeniu tej metody w diagnostyce pierwotnej uszkodzenia mózgu spowodowanego niedokrwieniem.

Wszystkie badania dyfuzyjne wykonuje się bez podawania środka kontrastowego, co jest istotne w przypadku pacjentów ciężko chorych oraz w przypadku specjalistycznych badań rozwoju mózgu u dzieci, począwszy od okresu wewnątrzmacicznego. W tym ostatnim przypadku dyfuzyjne MRI pozwala na uzyskanie dodatkowych jakościowych (wizualnych) i ilościowych cech tkankowych, otwiera nowe możliwości badania mikrostruktury tkanki mózgowej w trakcie jej rozwoju.

Obrazy ważone dyfuzją i mapy dyfuzji dostarczają dodatkowych informacji diagnostycznych pozwalających na różnicowanie guzów mózgu o podobnych objawach w obrazach MRI T1 i T2 (glejaki, guzy z pierścieniowym nagromadzeniem środka kontrastowego), obrzęku okołoguzowego (naczyniowego lub cytotoksycznego), dostarczają danych na temat obecności lub braku torbieli wewnątrzguzowych itp.

Nieocenione informacje w tak krótkim czasie skanowania dostarczają obrazy dyfuzyjno-ważone w diagnozowaniu zmian zapalnych mózgu i kręgosłupa (np. ropnie mózgu, ropniaki opłucnej). Ropna zawartość ropnia charakteryzuje się wysokim sygnałem MP i jest łatwo widoczna na każdym etapie leczenia, w tym pooperacyjnym. Strukturalna organizacja niektórych guzów mózgu, w szczególności oponiaków i nerwiaków, umożliwia przewidywanie typu histologicznego guza z dużą niezawodnością przy użyciu obrazów dyfuzyjno-ważonych jeszcze przed operacją. Na podstawie danych z tej metody dokładnie różnicuje się torbiele naskórkowe i pajęczynówkowe.

Traktografia to nowa i obiecująca technika, która pozwala na nieinwazyjne „zobaczenie” szlaków przewodzenia mózgu. Pomimo trudności technicznych, które wciąż istnieją, pierwsze wyniki w zastosowaniu do zadań neurochirurgicznych wydają się obiecujące. Dzięki pomocy MRI tensora dyfuzji, znając lokalizację szlaków przewodzenia i biorąc pod uwagę ich zainteresowanie procesem patologicznym (przemieszczenie/deformacja lub inwazja i uszkodzenie), możliwe stało się zaplanowanie podejścia chirurgicznego i objętości chirurgicznego usunięcia guzów śródmózgowych.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]