Diffuusiotensorikuvaus tai diffuusiopainotettu magneettikuvaus (DW-MRI) edustaa vesimolekyylien diffuusiokäyttäytymistä biologisessa kudoksessa kuvantamismenetelmänä, joka perustuu klassiseen MRT: hen. Sitä käytetään pääasiassa aivojen tutkimuksissa. Samanlainen kuin klassinen MRI, menetelmä ei ole invasiivinen eikä vaadi ionisoivan säteilyn käyttöä.
Mikä on diffuusiotensorin kuvantaminen?
Difuusiopainotettu magneettikuvaus on magneettikuvaus (MRT) -menetelmä, joka mittaa vesimolekyylien diffuusioliikkeitä kehon kudoksessa.
Kliinisessä käytännössä sitä käytetään pääasiassa aivojen tutkimiseen, koska veden diffuusiokäyttäytyminen antaa johtopäätöksiä joistakin keskushermoston sairauksista. Difuusiopainotetulla magneettikuvausmittauksella tai diffuusiotensorikuvannolla voidaan saada myös tietoa suurten hermokuitukimppujen kulusta. Usein käytetyssä diffuusiotensorikuvassa (DTI), joka on DW-MRI-variantti, tallennetaan myös diffuusion suuntariippuvuus.
DTI laskee tensorin tilavuusyksikköä kohti, jota käytetään kuvaamaan kolmiulotteista diffuusiokäyttäytymistä. Vaaditun suuren tietomäärän vuoksi nämä mittaukset ovat kuitenkin huomattavasti aikaavievämpiä kuin klassinen MRI. Tietoja voidaan tulkita vain käyttämällä erilaisia visualisointitekniikoita. Nykyään kaikki uudet MRI-laitteet tukevat 1980-luvulla syntynyttä diffuusiotensorikuvausta.
Toiminta, vaikutus ja tavoitteet
Kuten tavanomainen magneettikuvaus, diffuusiolla painotettu magneettikuvaus perustuu siihen tosiseikkaan, että protoneilla on spin magneettisen momentin kanssa. Spin voi kohdistaa itsensä joko yhdensuuntaisesti tai vasta-suuntaisesti ulkoisen magneettikentän kanssa.
Anti-rinnakkaisella kohdistuksella on korkeampi energinen tila kuin rinnakkaisella kohdistuksella. Kun ulkoinen magneettikenttä kohdistetaan, tasapaino muodostuu alhaisen energian protonien hyväksi. Jos korkeataajuuskenttä kytketään päälle tämän kentän yli, magneettiset momentit kääntyvät xy-tason suuntaan pulssin voimakkuuden ja keston mukaan. Tätä tilaa kutsutaan ydinmagneettiseksi resonanssiksi. Kun suurtaajuuskenttä kytketään uudelleen pois päältä, ydinkierteet suuntautuvat jälleen staattisen magneettikentän suuntaan aikaviiveellä, joka riippuu protonin kemiallisesta ympäristöstä.
Signaali rekisteröidään mittauskelassa generoidun jännitteen kautta. Diffuusiopainotetulla magneettikuvaus tomografiassa mittauksen aikana kohdistetaan gradienttikenttä, joka muuttaa staattisen magneettikentän kentänvoimakkuutta ennalta määrättyyn suuntaan. Tämä aiheuttaa vetyytimien siirtymisen vaiheesta ja signaali katoaa. Jos sydänten pyörimissuunta käännetään uudella suurtaajuuspulssilla, ne palautuvat vaiheeseen ja signaali tapahtuu uudelleen.
Toisen signaalin voimakkuus on kuitenkin heikompi, koska jotkut ytimet eivät ole enää vaiheessa. Tämä signaalin voimakkuuden menetys kuvaa veden diffuusiota. Mitä heikompi toinen signaali, sitä enemmän ytimiä on diffundoitunut gradienttikentän suuntaan ja mitä matalampi diffuusiovastus on. Diffuusioresistenssi on puolestaan riippuvainen hermosolujen sisäisestä rakenteesta. Mitatun datan avulla voidaan laskea ja havainnollistaa tutkitun kudoksen rakenne.
Diffuusiopainotettua magneettikuvausta käytetään usein aivohalvausdiagnostiikassa. Natrium-kaliumpumppujen vika aivohalvauksen aikana rajoittaa voimakkaasti diffuusioliikkeitä. DW-MRI: llä tämä on heti näkyvissä, kun taas tavanomaisessa MRI: ssä muutokset voidaan usein rekisteröidä vasta usean tunnin kuluttua. Toinen sovellusalue liittyy aivokirurgian leikkausten suunnitteluun.
Diffuusiotensorikuvaus määrää hermoväylien kulun. Tämä on otettava huomioon operaatiota suunniteltaessa. Tallenteet voivat myös näyttää, onko kasvain jo tunkeutunut hermokanaan. Tätä menetelmää voidaan käyttää myös arvioimaan kysymys siitä, onko operaatiolla mitään näkymiä. Monia neurologisia ja psykiatrisia sairauksia, kuten Alzheimerin tauti, epilepsia, multippeliskleroosi, skitsofrenia tai HIV-enkefalopatia, tutkitaan nyt diffuusiotensorikuvauksessa. Kysymys on, mihin aivoalueisiin mitkä sairaudet vaikuttavat. Diffuusiotensorikuvausta käytetään myös yhä enemmän tutkimusvälineenä kognitiivisiin tieteellisiin tutkimuksiin.
Riskit, sivuvaikutukset ja vaarat
Huolimatta hyvistä tuloksista aivohalvauksien diagnosoinnissa, aivotoimenpiteiden valmistelussa ja tutkimusvälineenä monissa kliinisissä tutkimuksissa, diffuusiolla painotetulla magneettikuvaus tomografialla on edelleen käyttörajat.
Joissain tapauksissa prosessia ei ole vielä täysin kehitetty, ja sen parantamiseksi tarvitaan intensiivistä tutkimus- ja kehitystyötä. Difuusiopainotetun magneettikuvausmittauksen mittaukset tarjoavat usein vain rajoitetun kuvanlaadun, koska diffuusioliike ilmaistaan vain mitatun signaalin vaimennuksella. Pienempää edistystä on tapahtunut jopa korkeammalla spatiaalisella resoluutiolla, koska pienemmillä tilavuuselementeillä signaalin vaimennus katoaa mittauslaitteen kohinasta. Lisäksi tarvitaan suuri joukko yksittäisiä mittauksia.
Mittaustiedot on uusittava tietokoneessa, jotta jotkut häiriöt voidaan korjata. Toistaiseksi on edelleen ongelmia edustaa monimutkaista diffuusiokäyttäytymistä tyydyttävästi. Nykyisen tekniikan tason mukaan diffuusio vokselissa voidaan tallentaa oikein vain yhteen suuntaan. Testataan menetelmiä, jotka voivat tehdä diffuusiolla painotettuja tallenteita eri suuntiin. Nämä ovat prosesseja, jotka vaativat korkean kulmaresoluution.
Myös tietojen arviointi- ja käsittelymenetelmät on edelleen optimoitava. Esimerkiksi aikaisemmissa tutkimuksissa verrattiin diffuusiolla painotetusta magneettikuvauskuvauksesta saatuja tietoja suurempiin koehenkilöryhmiin. Eri yksilöiden erilaisten anatomisten rakenteiden vuoksi tämä voi kuitenkin johtaa harhaanjohtavia tutkimustuloksia. Siksi uusia tilastollisen analyysin menetelmiä on kehitettävä.
