Απεικόνιση τανυστή διάχυσης

ο Απεικόνιση τανυστή διάχυσης ή απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένη με διάχυση (DW-MRI) αντιπροσωπεύει τη συμπεριφορά διάχυσης των μορίων νερού στον βιολογικό ιστό ως μέθοδο απεικόνισης βασισμένη στην κλασική MRT. Χρησιμοποιείται κυρίως σε εξετάσεις εγκεφάλου. Παρόμοια με την κλασική μαγνητική τομογραφία, η διαδικασία είναι μη επεμβατική και δεν απαιτεί τη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας.

Τι είναι το Diffusion Tensor Imaging;

Στην κλινική πρακτική, η απεικόνιση του τανυστή διάχυσης χρησιμοποιείται κυρίως για την εξέταση του εγκεφάλου, επειδή η συμπεριφορά διάχυσης του νερού επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με ορισμένες ασθένειες του κεντρικού νευρικού συστήματος.

Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένη με διάχυση είναι μια μέθοδος μαγνητικής τομογραφίας (MRT) που μετρά τις κινήσεις διάχυσης των μορίων νερού στον ιστό του σώματος.

Στην κλινική πρακτική, χρησιμοποιείται κυρίως για την εξέταση του εγκεφάλου, επειδή η συμπεριφορά διάχυσης του νερού επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με ορισμένες ασθένειες του κεντρικού νευρικού συστήματος. Με τη βοήθεια τομογραφίας μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένης με διάχυση ή απεικόνισης τανυστή διάχυσης, μπορούν επίσης να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την πορεία των μεγάλων δεσμών νευρικών ινών. Στην απεικόνιση τανυστή διάχυσης που χρησιμοποιείται συχνά (DTI), μια παραλλαγή του DW-MRI, καταγράφεται επίσης η κατευθυντική εξάρτηση της διάχυσης.

Το DTI υπολογίζει έναν τανυστή ανά μονάδα όγκου, ο οποίος χρησιμοποιείται για την περιγραφή της τρισδιάστατης συμπεριφοράς διάχυσης. Ωστόσο, λόγω του τεράστιου όγκου δεδομένων που απαιτούνται, αυτές οι μετρήσεις είναι σημαντικά πιο χρονοβόρες από την κλασική μαγνητική τομογραφία. Τα δεδομένα μπορούν να ερμηνευτούν μόνο χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές οπτικοποίησης. Σήμερα, η απεικόνιση ταχυτήτων διάχυσης που εμφανίστηκε στη δεκαετία του 1980 υποστηρίζεται από όλες τις νέες συσκευές MRI.

Λειτουργία, αποτέλεσμα και στόχοι

Όπως συμβατική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένη με διάχυση βασίζεται στο γεγονός ότι τα πρωτόνια έχουν περιστροφή με μαγνητική ροπή. Η περιστροφή μπορεί να ευθυγραμμιστεί είτε παράλληλα είτε αντί-παράλληλα με ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Η αντι-παράλληλη ευθυγράμμιση έχει υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση από την παράλληλη ευθυγράμμιση. Όταν εφαρμόζεται εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ισορροπία υπέρ των πρωτονίων χαμηλής ενέργειας. Εάν ένα πεδίο υψηλής συχνότητας είναι ενεργοποιημένο σε αυτό το πεδίο, οι μαγνητικές ροπές περιστρέφονται προς την κατεύθυνση του επιπέδου xy ανάλογα με την ισχύ και τη διάρκεια του παλμού. Αυτή η κατάσταση είναι γνωστή ως πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός. Όταν το πεδίο υψηλής συχνότητας απενεργοποιηθεί ξανά, οι πυρηνικές περιστροφές ευθυγραμμίζονται ξανά προς την κατεύθυνση του στατικού μαγνητικού πεδίου με χρονική καθυστέρηση που εξαρτάται από το χημικό περιβάλλον του πρωτονίου.

Το σήμα καταχωρείται μέσω της τάσης που παράγεται στο πηνίο μέτρησης. Στην τομογραφία μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένης με διάχυση, εφαρμόζεται ένα πεδίο ντεγκραντέ κατά τη διάρκεια της μέτρησης, το οποίο αλλάζει την ισχύ του στατικού μαγνητικού πεδίου σε μια προκαθορισμένη κατεύθυνση. Αυτό αναγκάζει τους πυρήνες υδρογόνου να βγουν εκτός φάσης και το σήμα εξαφανιστεί. Εάν η κατεύθυνση περιστροφής των πυρήνων αντιστραφεί από έναν νέο παλμό υψηλής συχνότητας, επανέρχονται σε φάση και το σήμα εμφανίζεται ξανά.

Ωστόσο, η ένταση του δεύτερου σήματος είναι ασθενέστερη επειδή ορισμένοι πυρήνες δεν είναι πλέον σε φάση. Αυτή η απώλεια έντασης του σήματος περιγράφει τη διάχυση του νερού. Όσο ασθενέστερο είναι το δεύτερο σήμα, τόσο περισσότεροι πυρήνες έχουν διαχυθεί προς την κατεύθυνση του πεδίου κλίσης και τόσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση στη διάχυση. Η αντίσταση στη διάχυση εξαρτάται με τη σειρά της από την εσωτερική δομή των νευρικών κυττάρων. Με τη βοήθεια των μετρημένων δεδομένων, η δομή του εξεταζόμενου ιστού μπορεί να υπολογιστεί και να απεικονιστεί.

Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένη με διάχυση χρησιμοποιείται συχνά σε διαγνωστικά εγκεφαλικού επεισοδίου. Η αποτυχία των αντλιών νατρίου-καλίου σε περίπτωση εγκεφαλικού επεισοδίου περιορίζει σοβαρά τις κινήσεις διάχυσης. Με το DW-MRI αυτό είναι άμεσα ορατό, ενώ με το συμβατικό MRI οι αλλαγές μπορούν συχνά να καταγραφούν μόνο μετά από αρκετές ώρες. Ένας άλλος τομέας εφαρμογής σχετίζεται με τον προγραμματισμό χειρουργικών επεμβάσεων εγκεφάλου.

Η απεικόνιση του τανυστή διάχυσης καθορίζει την πορεία των νευρικών οδών. Αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον προγραμματισμό της επιχείρησης. Οι καταγραφές μπορούν επίσης να δείξουν εάν ένας όγκος έχει ήδη διεισδύσει στο νευρικό σύστημα. Αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμηθεί το ζήτημα αν μια επιχείρηση έχει προοπτικές καθόλου. Πολλές νευρολογικές και ψυχιατρικές ασθένειες, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, η επιληψία, η σκλήρυνση κατά πλάκας, η σχιζοφρένεια ή η εγκεφαλοπάθεια του HIV, αποτελούν πλέον αντικείμενο έρευνας για την απεικόνιση τανυστής διάχυσης. Το ερώτημα είναι ποιες περιοχές του εγκεφάλου επηρεάζονται από ποιες ασθένειες. Η απεικόνιση ταχυτήτων διάχυσης χρησιμοποιείται επίσης όλο και περισσότερο ως ερευνητικό εργαλείο για γνωστικές επιστημονικές μελέτες.

Κίνδυνοι, παρενέργειες & κίνδυνοι

Παρά τα καλά αποτελέσματά του στη διάγνωση εγκεφαλικών επεισοδίων, στην προετοιμασία εγκεφαλικών επεμβάσεων και ως ερευνητικό όργανο σε πολλές κλινικές μελέτες, η τομογραφία μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένη με διάχυση εξακολουθεί να έχει τα όρια εφαρμογής της.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η διαδικασία δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί πλήρως και απαιτεί εντατική έρευνα και ανάπτυξη για τη βελτίωσή της. Οι μετρήσεις της τομογραφίας μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένης με διάχυση συχνά προσφέρουν μόνο περιορισμένη ποιότητα εικόνας επειδή η κίνηση διάχυσης εκφράζεται μόνο με εξασθένηση του μετρημένου σήματος. Έχει σημειωθεί μικρή πρόοδος ακόμη και με υψηλότερη χωρική ανάλυση, καθώς με μικρότερα στοιχεία έντασης η εξασθένηση του σήματος εξαφανίζεται στον θόρυβο της συσκευής μέτρησης. Επιπλέον, απαιτείται μεγάλος αριθμός μεμονωμένων μετρήσεων.

Τα δεδομένα μέτρησης πρέπει να επεξεργαστούν ξανά στον υπολογιστή για να μπορέσουν να διορθώσουν κάποιες διαταραχές. Μέχρι στιγμής, εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα που να αντιπροσωπεύουν μια πολύπλοκη συμπεριφορά διάχυσης ικανοποιητικά. Σύμφωνα με την τρέχουσα στάθμη της τεχνικής, η διάχυση εντός ενός voxel μπορεί να καταγραφεί σωστά μόνο σε μία κατεύθυνση. Δοκιμάζονται μέθοδοι που μπορούν ταυτόχρονα να κάνουν εγγραφές σταθμισμένες με διάχυση σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτές είναι διαδικασίες που απαιτούν υψηλή γωνιακή ανάλυση.

Οι μέθοδοι αξιολόγησης και επεξεργασίας των δεδομένων πρέπει ακόμη να βελτιστοποιηθούν. Σε προηγούμενες μελέτες, για παράδειγμα, τα δεδομένα που ελήφθησαν από την απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού σταθμισμένης με διάχυση συγκρίθηκαν με μεγαλύτερες ομάδες εξεταζόμενων ατόμων. Λόγω των διαφορετικών ανατομικών δομών διαφορετικών ατόμων, ωστόσο, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε παραπλανητικά αποτελέσματα της μελέτης. Γι 'αυτό πρέπει να αναπτυχθούν νέες μέθοδοι στατιστικής ανάλυσης.