Difūzijas tenzora attēlveidošana

Difūzijas tenzora attēlveidošana vai difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses attēlveidošana (DW-MRI) attēlo ūdens molekulu difūzijas izturēšanos bioloģiskajos audos kā attēlveidošanas metodi, kas balstīta uz klasisko MRT. To galvenokārt izmanto smadzeņu izmeklēšanā. Līdzīgi kā klasiskajā MR, procedūra nav invazīva un neprasa jonizējošā starojuma izmantošanu.

Kas ir difūzijas sensoru attēlveidošana?

Difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses attēlveidošana ir magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRT) metode, kas mēra ūdens molekulu difūzijas kustības ķermeņa audos.

Klīniskajā praksē to galvenokārt izmanto smadzeņu pārbaudei, jo ūdens difūzā uzvedība ļauj izdarīt secinājumus par dažām centrālās nervu sistēmas slimībām. Ar difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses tomogrāfijas vai difūzijas tensora attēlu palīdzību var iegūt arī informāciju par lielo nervu šķiedru saišķu gaitu. Bieži izmantotajā difūzijas tenzora attēlveidē (DTI), DW-MRI variantā, tiek reģistrēta arī difūzijas virziena atkarība.

DTI aprēķina tensoru uz tilpuma vienību, ko izmanto, lai aprakstītu trīsdimensiju difūzijas izturēšanos. Tomēr, ņemot vērā milzīgo nepieciešamo datu daudzumu, šie mērījumi ir ievērojami laikietilpīgāki nekā klasiskais MRI. Datus var interpretēt tikai, izmantojot dažādas vizualizācijas metodes. Mūsdienās difūzijas tenzora attēlveidošanu, kas parādījās 80. gados, atbalsta visas jaunās MRI ierīces.

Funkcija, efekts un mērķi

Tāpat kā parastais magnētiskās rezonanses attēlveidošana, difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses attēlveidošana ir balstīta uz faktu, ka protoniem ir griešanās ar magnētisko momentu. Spin var izlīdzināties vai nu paralēli, vai anti-paralēli ārējam magnētiskajam laukam.

Pretparalēlajam izkārtojumam ir augstāks enerģētiskais stāvoklis nekā paralēlajam izlīdzinājumam. Kad tiek piemērots ārējs magnētiskais lauks, tiek izveidots līdzsvars par labu zemas enerģijas protoniem. Ja visam šim laukam ir ieslēgts augstfrekvences lauks, magnētiskie momenti pāriet xy plaknes virzienā atkarībā no impulsa stipruma un ilguma. Šis nosacījums ir pazīstams kā kodolmagnētiskā rezonanse. Kad augstfrekvences lauks atkal tiek izslēgts, kodolenerģijas griešanās atkal sakārtojas statiskā magnētiskā lauka virzienā ar laika kavēšanos, kas ir atkarīga no protona ķīmiskās vides.

Signāls tiek reģistrēts caur spriegumu, kas ģenerēts mērīšanas spolē. Difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses tomogrāfijā mērīšanas laikā tiek piemērots gradienta lauks, kas maina statiskā magnētiskā lauka lauka intensitāti iepriekš noteiktā virzienā. Tas izraisa ūdeņraža kodola izeju no fāzes un signāls pazūd. Ja serdeņu griešanās virzienu apgriež jauns augstfrekvences impulss, tie atgriežas fāzē un signāls atkārtojas.

Tomēr otrā signāla intensitāte ir vājāka, jo daži kodoli vairs nav fāzē. Šis signāla intensitātes zudums raksturo ūdens difūziju. Jo vājāks ir otrais signāls, jo vairāk kodolu ir izkliedēti gradienta lauka virzienā un jo zemāka ir difūzijas pretestība. Pretestība difūzijai savukārt ir atkarīga no nervu šūnu iekšējās struktūras. Ar izmērīto datu palīdzību var aprēķināt un ilustrēt pārbaudīto audu struktūru.

Insulta diagnostikā bieži izmanto difūzijas svērto magnētiskās rezonanses attēlveidošanu. Nātrija-kālija sūkņu atteice insulta gadījumā nopietni ierobežo difūzijas kustības. Izmantojot DW-MRI, tas ir uzreiz redzams, savukārt ar parasto MRI izmaiņas bieži var reģistrēt tikai pēc vairākām stundām. Vēl viena piemērošanas joma ir saistīta ar operāciju plānošanu smadzeņu ķirurģijā.

Difūzijas tenzora attēlveidošana nosaka nervu ceļu gaitu. Tas ir jāņem vērā, plānojot operāciju. Ierakstos var arī parādīt, vai audzējs jau ir iekļuvis nervu traktā. Šo metodi var izmantot arī, lai novērtētu jautājumu par to, vai operācijai vispār ir kādas perspektīvas. Daudzas neiroloģiskas un psihiskas slimības, piemēram, Alcheimera slimība, epilepsija, multiplā skleroze, šizofrēnija vai HIV encefalopātija, tagad ir pētījumu objekts difūzijas tensora attēlveidošanā. Jautājums ir par to, kurus smadzeņu reģionus ietekmē kādas slimības. Difūzijas tenzora attēlveidošanu arvien vairāk izmanto arī kā izziņas zinātnes pētījumu pētniecības instrumentu.

Riski, blakusparādības un briesmas

Neskatoties uz labiem rezultātiem insultu diagnostikā, smadzeņu operāciju sagatavošanā un kā pētījumu instrumentu daudzos klīniskajos pētījumos, difūzijas svērtā magnētiskās rezonanses tomogrāfija joprojām ir pielietojama.

Dažos gadījumos process vēl nav pilnībā izveidots, un tā uzlabošanai ir nepieciešams intensīvs pētniecības un attīstības darbs. Difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses tomogrāfijas mērījumi bieži piedāvā tikai ierobežotu attēla kvalitāti, jo difūzijas kustību izsaka tikai ar izmērītā signāla pavājināšanos. Neliels progress ir panākts pat ar lielāku telpisko izšķirtspēju, jo ar mazāku skaļuma elementu signāla vājināšanās izzūd mērīšanas aparāta troksnī. Turklāt ir nepieciešams liels skaits individuālu mērījumu.

Mērījumu dati jāpārstrādā datorā, lai varētu novērst dažus traucējumus. Līdz šim joprojām ir problēmas, kā apmierinoši raksturot sarežģītu difūzijas izturēšanos. Saskaņā ar pašreizējo tehnikas līmeni difūziju vokselī var pareizi reģistrēt tikai vienā virzienā. Tiek pārbaudītas metodes, ar kurām vienlaikus var veikt difūzijas svērtus ierakstus dažādos virzienos. Šie ir procesi, kuriem nepieciešama augsta leņķiskā izšķirtspēja.

Joprojām ir jāoptimizē arī datu novērtēšanas un apstrādes metodes. Iepriekšējos pētījumos, piemēram, dati, kas iegūti no difūzijas svērtās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas, tika salīdzināti ar lielākām pārbaudāmo personu grupām. Tomēr dažādu indivīdu atšķirīgo anatomisko struktūru dēļ tas var radīt maldinošus pētījumu rezultātus. Tāpēc ir jāizstrādā jaunas statistiskās analīzes metodes.