Diffusion tensor imaging

Det Diffusion tensor imaging eller diffusionsvægtet magnetisk resonansbillede (DW-MRI) repræsenterer diffusionsadfærden for vandmolekyler i biologisk væv som en billeddannelsesmetode baseret på klassisk MRT. Det bruges hovedsageligt i hjerneundersøgelser. I lighed med klassisk MRI er proceduren ikke-invasiv og kræver ikke anvendelse af ioniserende stråling.

Hvad er diffusion Tensor Imaging?

I klinisk praksis anvendes diffusionstensorafbildning hovedsageligt til at undersøge hjernen, fordi vandets diffusionsadfærd tillader konklusioner om nogle sygdomme i centralnervesystemet.

Diffusionsvægtet magnetisk resonansafbildning er en metode til magnetisk resonansafbildning (MRT), der måler diffusionsbevægelser af vandmolekyler i kropsvæv.

I klinisk praksis bruges det hovedsageligt til at undersøge hjernen, fordi spredningsadfærden i vandet gør det muligt at drage konklusioner om nogle sygdomme i centralnervesystemet. Ved hjælp af diffusionsvægtet magnetisk resonans-tomografi eller diffusionstensorafbildning kan der også fås oplysninger om forløbet af de store nervefiberbundter. I den hyppigt anvendte diffusionstensorafbildning (DTI), en variant af DW-MRI, registreres også den retningsafhængighed af diffusionen.

DTI beregner en tensor pr. Enhedsvolumen, der bruges til at beskrive den tredimensionelle diffusionsadfærd. På grund af den enorme mængde krævede data er disse målinger imidlertid betydeligt mere tidskrævende end klassisk MRI. Dataene kan kun fortolkes ved hjælp af forskellige visualiseringsteknikker. I dag understøttes diffusionstensorafbildning, der opstod i 1980'erne, af alle nye MR-enheder.

Funktion, effekt & mål

Ligesom konventionel magnetisk resonansafbildning er diffusionsvægtet magnetisk resonansbillede baseret på det faktum, at protoner har en drejning med et magnetisk moment. Rotationen kan justere sig enten parallel eller anti-parallel med et eksternt magnetfelt.

Den anti-parallelle justering har en højere energitilstand end den parallelle justering. Når et eksternt magnetfelt påføres, etableres en ligevægt til fordel for lavenergiprotonerne. Hvis et højfrekvensfelt er tændt over dette felt, vippes de magnetiske øjeblikke over i retningen af ​​xy-planet afhængigt af styrken og varigheden af ​​pulsen. Denne tilstand er kendt som nukleær magnetisk resonans. Når højfrekvensfeltet igen er slukket, justerer de nukleare spins sig igen i retning af det statiske magnetfelt med en tidsforsinkelse, der afhænger af protonets kemiske miljø.

Signalet registreres via den spænding, der genereres i målespolen. Ved diffusionsvægtet magnetisk resonansetomografi påføres et gradientfelt under målingen, hvilket ændrer feltstyrken for det statiske magnetfelt i en forudbestemt retning. Dette får hydrogenkernerne til at gå ud af fase, og signalet forsvinder. Hvis omdrejningsretningen for kernerne vendes med en ny højfrekvensimpuls, kommer de tilbage i fase, og signalet opstår igen.

Intensiteten af ​​det andet signal er imidlertid svagere, fordi nogle kerner ikke længere er i fase. Dette tab af intensitet af signalet beskriver diffusionen af ​​vandet. Jo svagere det andet signal er, jo flere kerner har diffunderet i retning af gradientfeltet, og jo lavere er diffusionsmodstanden. Modstanden mod diffusion er igen afhængig af nervecellens indre struktur. Ved hjælp af de målte data kan strukturen af ​​det undersøgte væv beregnes og illustreres.

Diffusionsvægtet magnetisk resonansbillede bruges ofte til diagnosticering af slagtilfælde. Svigt i natrium-kaliumpumperne i tilfælde af slagtilfælde begrænser diffusionsbevægelserne alvorligt. Med DW-MRI er dette øjeblikkeligt synligt, mens ændringer med traditionel MR ofte kun kan registreres efter flere timer. Et andet anvendelsesområde vedrører planlægningen af ​​operationer i hjernekirurgi.

Diffusionstensorafbildning bestemmer forløbet af nervebanerne. Dette skal tages i betragtning ved planlægningen af ​​operationen. Optagelserne kan også vise, om en tumor allerede har trængt ind i nervesystemet. Denne metode kan også bruges til at vurdere spørgsmålet om, hvorvidt en operation overhovedet har nogen udsigter. Mange neurologiske og psykiatriske sygdomme, såsom Alzheimers sygdom, epilepsi, multippel sklerose, skizofreni eller HIV-encephalopati, er nu genstand for forskning inden for diffusionstensorafbildning. Spørgsmålet er, hvilke hjerneområder der er påvirket af hvilke sygdomme. Diffusion tensor imaging bruges også i stigende grad som et forskningsværktøj til kognitive videnskabelige studier.

Risici, bivirkninger og farer

På trods af de gode resultater i diagnosticering af slagtilfælde, i forberedelsen af ​​hjerneoperationer og som et forskningsværktøj i mange kliniske studier, har diffusionsvægtet magnetisk resonans tomografi stadig sine anvendelsesgrænser.

I nogle tilfælde er processen endnu ikke fuldt udviklet og kræver intensivt forsknings- og udviklingsarbejde for at forbedre den. Målingerne af den diffusionsvægtede magnetiske resonansetomografi tilbyder ofte kun en begrænset billedkvalitet, fordi diffusionsbevægelsen kun udtrykkes ved en dæmpning af det målte signal. Selv med en højere rumlig opløsning er der kun gjort små fremskridt, da med mindre lydstyrkeelementer forsvindes signaldæmpningen i støj fra måleudstyret. Derudover er et stort antal individuelle målinger nødvendige.

Måledataene skal omarbejdes på computeren for at kunne afhjælpe nogle forstyrrelser. Indtil videre er der stadig problemer med at repræsentere en kompleks diffusionsadfærd tilfredsstillende. I henhold til den kendte teknik kan diffusionen inden i en voxel kun registreres korrekt i en retning. Der testes metoder, der samtidig kan foretage diffusionsvægtede optagelser i forskellige retninger. Dette er processer, der kræver høj vinkelopløsning.

Metoderne til evaluering og behandling af data skal også stadig optimeres. I tidligere undersøgelser blev for eksempel data opnået fra diffusionsvægtet magnetisk resonansafbildning sammenlignet med større grupper af forsøgspersoner. På grund af de forskellige anatomiske strukturer fra forskellige individer, kan dette imidlertid føre til vildledende studieresultater. Derfor skal nye metoder til statistisk analyse udvikles.