Diffusjons tensoravbildning

De Diffusjons tensoravbildning eller diffusjonsvekt magnetisk resonansavbildning (DW-MR) representerer diffusjonsatferden til vannmolekyler i biologisk vev som en avbildningsmetode basert på klassisk MRT. Den brukes hovedsakelig i hjerneundersøkelser. I likhet med klassisk MR, er prosedyren ikke-invasiv og krever ikke bruk av ioniserende stråling.

Hva er diffusjonstensoravbildning?

I klinisk praksis brukes diffusjons-tensoravbildning hovedsakelig for å undersøke hjernen, fordi diffusjonsatferden til vann gjør det mulig å trekke konklusjoner om noen sykdommer i sentralnervesystemet.

Diffusjonsvekt magnetisk resonansavbildning er en metode for magnetisk resonansavbildning (MRT) som måler diffusjonsbevegelsene til vannmolekyler i kroppsvevet.

I klinisk praksis blir det hovedsakelig brukt til å undersøke hjernen, fordi diffusjonsatferden til vannet tillater konklusjoner om noen sykdommer i sentralnervesystemet. Ved hjelp av diffusjonsvekt magnetresonans-tomografi eller diffusjonstensoravbildning, kan du også få informasjon om forløpet til de store nervefiberbuntene. I den ofte brukte diffusjons-tensoravbildning (DTI), en variant av DW-MRI, blir også retningsavhengigheten til diffusjonen registrert.

DTI beregner en tensor per volum, som brukes til å beskrive den tredimensjonale diffusjonsatferden. På grunn av den enorme mengden data som kreves, er disse målingene imidlertid betydelig mer tidkrevende enn klassisk MR. Dataene kan bare tolkes ved bruk av forskjellige visualiseringsteknikker. I dag støttes diffusjonstensoravbildning som dukket opp på 1980-tallet av alle nye MR-enheter.

Funksjon, effekt og mål

I likhet med konvensjonell magnetisk resonansavbildning er diffusjonsvekt magnetisk resonansavbildning basert på det faktum at protoner har et spinn med et magnetisk moment. Spinnet kan rette seg enten parallelt eller anti-parallelt med et eksternt magnetfelt.

Den anti-parallelle innretningen har en høyere energisk tilstand enn den parallelle innretningen. Når et eksternt magnetfelt påføres, etableres en likevekt til fordel for lavenergiprotonene. Hvis et høyfrekvensfelt er slått på over dette feltet, vipper de magnetiske momentene over i retningen til xy-planet avhengig av styrken og varigheten av pulsen. Denne tilstanden er kjent som kjernemagnetisk resonans. Når høyfrekvensfeltet slås av igjen, justerer kjernespinnene seg igjen i retningen til det statiske magnetfeltet med en tidsforsinkelse som avhenger av protonets kjemiske miljø.

Signalet registreres via spenningen som genereres i målespolen. Ved diffusjonsvekt magnetresonans-tomografi påføres et gradientfelt under målingen, noe som endrer feltstyrken til det statiske magnetfeltet i en forhåndsbestemt retning. Dette får hydrogenkjerner til å gå ut av fasen og signalet forsvinner. Hvis kjernens rotasjonsretning blir reversert av en ny høyfrekvenspuls, kommer de tilbake i fase og signalet oppstår igjen.

Intensiteten til det andre signalet er imidlertid svakere fordi noen kjerner ikke lenger er i fase. Dette tapet av intensitet av signalet beskriver diffusjonen av vannet. Jo svakere det andre signalet, jo flere kjerner har diffundert i retning av gradientfeltet og desto lavere er diffusjonsmotstanden. Motstanden mot diffusjon er igjen avhengig av nervecellenes indre struktur. Ved hjelp av de målte data kan strukturen til det undersøkte vevet beregnes og illustreres.

Diffusjonsvekt magnetisk resonansavbildning brukes ofte i slagdiagnostikk. Svikt i natrium-kaliumpumpene i tilfelle hjerneslag begrenser diffusjonsbevegelsene alvorlig. Med DW-MR er dette umiddelbart synlig, mens med konvensjonell MR kan endringene ofte bare registreres etter flere timer. Et annet anvendelsesområde angår planlegging av operasjoner i hjernekirurgi.

Diffusjonstensoravbildning bestemmer forløpet av nervebanene. Dette må tas i betraktning når du planlegger operasjonen. Opptakene kan også vise om en svulst allerede har penetrert nervesystemet. Denne metoden kan også brukes til å vurdere spørsmålet om en operasjon i det hele tatt har noen utsikter. Mange nevrologiske og psykiatriske sykdommer, for eksempel Alzheimers sykdom, epilepsi, multippel sklerose, schizofreni eller HIV-encefalopati, er nå gjenstand for forskning innen diffusjons tensoravbildning. Spørsmålet er hvilke hjerneområder som er berørt av hvilke sykdommer. Diffusjons tensoravbildning blir også i økende grad brukt som forskningsverktøy for kognitive vitenskapelige studier.

Risiko, bivirkninger og farer

Til tross for de gode resultatene i diagnostisering av hjerneslag, i utarbeidelse av hjerneoperasjoner og som forskningsverktøy i mange kliniske studier, har diffusjonsvekt magnetresonans tomografi fremdeles sine anvendelsesgrenser.

I noen tilfeller er prosessen ennå ikke ferdig utviklet og krever intensivt forsknings- og utviklingsarbeid for å forbedre den. Målingene av den diffusjonsvektede magnetiske resonansetomografien gir ofte bare en begrenset bildekvalitet fordi diffusjonsbevegelsen bare uttrykkes ved en demping av det målte signalet. Liten fremgang har blitt gjort selv med en høyere romlig oppløsning, siden med mindre volumelementer forsvinner signaldempningen i støyen fra måleinstrumentet. I tillegg er et stort antall individuelle målinger nødvendig.

Måledataene må omarbeides på datamaskinen for å kunne rette opp noen forstyrrelser. Så langt er det fortsatt problemer med å representere en kompleks diffusjonsatferd tilfredsstillende. I henhold til den nåværende teknikk, kan diffusjonen i en voxel bare registreres riktig i en retning. Det testes metoder som kan gjøre diffusjonsvektige opptak i forskjellige retninger. Dette er prosesser som krever høy vinkeloppløsning.

Metodene for å evaluere og behandle dataene må også fortsatt optimaliseres. I tidligere studier ble for eksempel dataene hentet fra diffusjonsvekt magnetisk resonansavbildning sammenlignet med større grupper av testpersoner. På grunn av de forskjellige anatomiske strukturene til forskjellige individer, kan dette imidlertid føre til misvisende studieresultater. Derfor må nye metoder for statistisk analyse utvikles.