Difuzní tenzorové zobrazování

Difuzní tenzorové zobrazování nebo difúzně vážené magnetické rezonance (DW-MRI) je zobrazovací metoda založená na klasické MRI, která zachycuje difúzní chování molekul vody v biologické tkáni. Používá se hlavně při vyšetřování mozku. Podobně jako u klasické MRI je postup neinvazivní a nevyžaduje použití ionizujícího záření.

Co je difuzní tenzorový obraz?

Difúzně vážené zobrazování magnetickou rezonancí je metoda zobrazování magnetickou rezonancí (MRT), která měří difúzní pohyby molekul vody v tělesné tkáni.

V klinické praxi se používá hlavně ke zkoumání mozku, protože difúzní chování vody umožňuje vyvodit závěry o některých nemocech centrálního nervového systému. Pomocí difúzně vážené magnetické rezonanční tomografie nebo difuzního tenzorového zobrazování lze také získat informace o průběhu velkých svazků nervových vláken. Při často používaném difuzním tenzorovém zobrazování (DTI), variantě DW-MRI, se také zaznamenává směrová závislost difúze.

DTI vypočítá tenzor na jednotku objemu, který se používá k popisu chování trojrozměrné difúze. Vzhledem k obrovskému množství požadovaných dat jsou však tato měření výrazně časově náročnější než klasické MRI. Data lze interpretovat pouze pomocí různých vizualizačních technik. Dnes je difuzní tenzorové zobrazení, které se objevilo v 80. letech, podporováno všemi novými zařízeními MRI.

Funkce, účinek a cíle

Stejně jako běžné zobrazování magnetickou rezonancí je difúzně vážené zobrazování magnetickou rezonancí založeno na skutečnosti, že protony mají spin s magnetickým momentem. Točení se může vyrovnat buď rovnoběžně, nebo rovnoběžně s vnějším magnetickým polem.

Antiparalelní zarovnání má vyšší energetický stav než paralelní zarovnání. Když je aplikováno vnější magnetické pole, nastává rovnováha ve prospěch protonů s nízkou energií. Pokud je v tomto poli zapnuto vysokofrekvenční pole, překlopí se magnetické momenty ve směru xy roviny v závislosti na síle a době trvání impulsu. Tento stav je známý jako nukleární magnetická rezonance. Když je vysokofrekvenční pole znovu vypnuto, nukleární točení se znovu vyrovná ve směru statického magnetického pole s časovým zpožděním, které závisí na chemickém prostředí protonu.

Signál je registrován prostřednictvím napětí generovaného v měřící cívce. V difúzně vážené magnetické rezonanční tomografii se během měření aplikuje gradientní pole, které mění sílu pole statického magnetického pole v předem určeném směru. To způsobí, že vodíková jádra zmizí z fáze a signál zmizí. Pokud je směr otáčení jader obrácen novým vysokofrekvenčním impulzem, vrátí se zpět do fáze a signál se objeví znovu.

Intenzita druhého signálu je však slabší, protože některá jádra již nejsou ve fázi. Tato ztráta intenzity signálu popisuje difúzi vody. Čím slabší je druhý signál, tím více jader se rozptylovalo ve směru gradientního pole a čím nižší byl difúzní odpor. Odolnost proti difúzi je zase závislá na vnitřní struktuře nervových buněk. S pomocí naměřených dat lze vypočítat a znázornit strukturu vyšetřované tkáně.

Při diagnostice mrtvice se často používá difúzně vážené magnetické rezonance. Porucha čerpadel sodíku a draslíku v případě zdvihu výrazně omezuje difúzní pohyby. U DW-MRI je to okamžitě viditelné, zatímco u konvenčních MRI mohou být změny často zaregistrovány až po několika hodinách. Další oblast použití se týká plánování operací při operaci mozku.

Difuzní tenzorové zobrazení určuje průběh nervových drah. To je třeba vzít v úvahu při plánování operace. Záznamy mohou také ukázat, zda nádor již pronikl nervovým traktem. Tuto metodu lze také použít k posouzení otázky, zda má operace nějaké vyhlídky. Mnoho neurologických a psychiatrických onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, epilepsie, roztroušená skleróza, schizofrenie nebo HIV encefalopatie, je nyní předmětem výzkumu v difuzním tenzorovém zobrazování. Otázkou je, které mozkové oblasti jsou ovlivněny tím, které nemoci. Difuzní tenzorové zobrazování se také stále více používá jako výzkumný nástroj pro kognitivní vědy.

Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí

I přes dobré výsledky v diagnostice mozkových příhod, při přípravě mozkových operací a jako výzkumný nástroj v mnoha klinických studiích má difúzně vážená magnetická rezonanční tomografie stále své aplikační limity.

V některých případech není tento proces dosud plně rozvinut a vyžaduje jeho intenzivní výzkum a vývoj. Měření difúzně vážené magnetické rezonanční tomografie často nabízí pouze omezenou kvalitu obrazu, protože difúzní pohyb je vyjádřen pouze útlumem měřeného signálu. Malý pokrok byl učiněn i při vyšším prostorovém rozlišení, protože s menšími objemovými prvky zmizí útlum signálu v šumu měřicího přístroje. Kromě toho je nutné velké množství jednotlivých měření.

Aby bylo možné napravit některá rušení, musí být naměřená data v počítači přepracována. Doposud stále existují problémy, které by uspokojivě představovaly komplexní difúzní chování. Podle současného stavu techniky může být difúze uvnitř voxelu správně zaznamenána pouze jedním směrem. Jsou testovány metody, které mohou současně vytvářet difúzně vážené záznamy v různých směrech. Jedná se o procesy, které vyžadují vysoké úhlové rozlišení.

Metody vyhodnocování a zpracování dat je také třeba optimalizovat. Například v předchozích studiích byla data získaná z difúzně váženého zobrazování magnetickou rezonancí srovnávána s většími skupinami testovaných subjektů. Vzhledem k různým anatomickým strukturám různých jedinců to však může vést k zavádějícím výsledkům studie. Proto je třeba vyvinout nové metody statistické analýzy.