Difuzijsko tenzorsko slikanje ali difuzijsko ponderirano slikanje z magnetno resonanco (DW-MRI) je slikovna tehnika, ki temelji na klasičnem MRI in prikazuje difuzijsko vedenje vode molekule v biološkem tkivu. Uporablja se predvsem za preiskave možganov. Analogno klasični magnetni resonanci je postopek neinvaziven in ne zahteva uporabe ionizirajočega sevanja.
Kaj je slikanje z difuznim tenzorjem?
V klinični praksi se difuzno tenzorsko slikanje v glavnem uporablja za preučevanje možganov ker njegovo difuzijsko vedenje omogoča sklepe o nekaterih osrednjih boleznih živčni sistem. Difuzijsko ponderirano slikanje z magnetno resonanco je tehnika magnetne resonance (MRI), ki ukrepe difuzijsko gibanje vode molekule v telesnih tkivih. V klinični praksi se uporablja predvsem za preučevanje možganov, ker difuzijsko vedenje vode omogoča sklepanje o nekaterih osrednjih boleznih živčni sistem. S pomočjo difuzijsko ponderiranega slikanje z magnetno resonanco ali difuzijsko tenzorsko slikanje, informacije o poteku velikega živčno vlakno lahko dobite tudi svežnje. Običajno uporabljeno difuzno tenzorsko slikanje (DTI), različica DW-MRI, prav tako zajema smer difuzije. DTI izračuna tenzor na enoto Obseg, ki se uporablja za opis tridimenzionalnega difuzijskega vedenja. Vendar pa so te meritve zaradi ogromnih potrebnih podatkov bistveno bolj zamudne kot klasični MRI. Podatke je mogoče razlagati le z uporabo različnih tehnik vizualizacije. Danes difuzijsko tenzorsko slikanje, ki je nastalo v osemdesetih letih, podpirajo vsi novi aparati za magnetno resonanco.
Funkcija, učinek in cilji
Tako kot običajni MRI tudi difuzijsko obteženi MRI temelji na dejstvu, da imajo protoni spin z magnetnim momentom. Spin se lahko poravna z zunanjim magnetnim poljem, bodisi vzporednim bodisi antiparalelnim. V tem primeru ima antiparalelna poravnava višje energijsko stanje kot vzporedna poravnava. Tako se pri uporabi zunanjega magnetnega polja vzpostavi ravnotežje v korist nizkoenergijskih protonov. Če je visokofrekvenčno polje vklopljeno prečno na to polje, se magnetni momenti preusmerijo v smeri ravnine xy, odvisno od moč in trajanje pulza. To stanje se imenuje jedrska spinna resonanca. Ko se radiofrekvenčno polje spet izklopi, se jedrski zavoji spet poravnajo proti statičnemu magnetnemu polju s časovno zakasnitvijo, ki je odvisna od kemičnega okolja protona. Signal se registrira prek napetosti, ustvarjene v zaznavni tuljavi. Pri difuzijsko tehtanem magnetnoresonančnem slikanju se med merjenjem uporabi gradientno polje, ki spremeni polje moč statičnega magnetnega polja v vnaprej določeni smeri. To povzroča vodik jedra, da gredo iz faze in signal izgine. Ko smer vrtenja jeder obrne drug visokofrekvenčni impulz, se vrnejo v fazo in signal se spet pojavi. Vendar je intenzivnost drugega signala šibkejša, ker nekatera jedra ne pridejo več v fazo. Ta izguba jakosti signala opisuje difuzijo vode. Šibkejši je drugi signal, več jeder je razpršeno v smeri gradientnega polja in nižja je tudi difuzijska upornost. Vendar pa je odpornost proti difuziji odvisna od notranje strukture živčnih celic. Tako je s pomočjo izmerjenih podatkov mogoče izračunati in vizualizirati strukturo pregledanega tkiva. Difuzijsko tehtanje magnetne resonance se pogosto uporablja v kap diagnoza. Zaradi okvare natrijev-kalij črpalke kap, obstajajo resne omejitve pri difuzijskem gibanju. To postane takoj vidno pri DW-MRI, medtem ko je pri običajnem MRI spremembe pogosto mogoče zabeležiti šele po nekaj urah. Drugo področje uporabe se nanaša na kirurško načrtovanje med operacijo možganov. Slikanje z difuzijskim tenzorjem določa potek živčnih poti. To je treba upoštevati pri načrtovanju kirurškega posega. Poleg tega lahko slike tudi pokažejo, ali je tumor že napadel živčno pot. S to metodo lahko ocenimo, ali je operacija sploh obetavna. Številne nevrološke in psihiatrične bolezni, kot npr Alzheimerjeva bolezen bolezen, epilepsija, multipla skleroza, shizofrenija ali HIV encefalopatija, so zdaj predmet raziskav difuznega tenzorja. Vprašanje je, katere možganske regije so pri katerih boleznih prizadete. Difuzijsko tenzorsko slikanje se vedno bolj uporablja tudi kot raziskovalno orodje za kognitivne znanosti.
Tveganja, neželeni učinki in nevarnosti
Kljub dobrim rezultatom pri diagnosticiranju možganske kapi, pri pripravi možganske kirurgije in kot raziskovalno orodje v številnih kliničnih preskušanjih ima difuzijsko obteženo slikanje magnetne resonance še danes naloge omejitve. V nekaterih primerih tehnika še ni popolnoma razvita in za njeno izboljšanje zahteva intenzivne raziskave in razvoj. Na primer, difuzijsko tehtane meritve magnetne resonance pogosto zagotavljajo le omejeno kakovost slike, ker se difuzijsko gibanje kaže le z oslabitvijo izmerjenega signala. Majhen napredek je bil dosežen tudi pri višji prostorski ločljivosti, ker pri manjši Obseg elementi oslabitev signala izgine v hrupu merilne naprave. Poleg tega je potrebno veliko število posameznih meritev. Podatke o meritvah je treba v računalniku ponovno obdelati, da lahko motnje v določeni meri popravimo. Do zdaj še vedno obstajajo tudi težave, ki bi zadovoljivo predstavljale zapleteno difuzijsko vedenje. Glede na trenutno stanje tehnike je mogoče difuzijo znotraj voksela pravilno zabeležiti le v eno smer. Preizkušajo se metode, ki lahko istočasno posnamejo difuzijsko utežene slike v različne smeri. To so metode, ki zahtevajo visoko kotno ločljivost. Metode vrednotenja in nadaljnje obdelave podatkov še vedno zahtevajo optimizacijo. V prejšnjih študijah so na primer primerjali podatke, pridobljene z difuzijsko tehtanim slikanjem magnetne resonance večjih skupin preiskovancev. Zaradi različnih anatomskih struktur različnih posameznikov pa to lahko vodi do zavajajočih rezultatov študije. Zato je treba razviti tudi nove metode za statistično analizo.
