Slika difuzionog tenzora ili difuzijski ponderirana magnetska rezonancija (DW-MRI), tehnika je snimanja koja se temelji na klasičnom MRI koja prikazuje difuzijsko ponašanje voda molekule u biološkom tkivu. Uglavnom se koristi za preglede mozak. Analogno klasičnom magnetskom rezonancu, postupak je neinvazivan i ne zahtijeva upotrebu ionizirajućeg zračenja.
Što je slikanje tenzora difuzije?
U kliničkoj se praksi difuzno tenzorsko slikanje uglavnom koristi za proučavanje mozak jer njegovo difuzijsko ponašanje omogućuje donošenje zaključaka o nekim bolestima središnje živčani sustav. Difuzijski ponderirano magnetska rezonancija je tehnika magnetske rezonancije (MRI) koja mjere difuzno gibanje voda molekule u tjelesnim tkivima. U kliničkoj se praksi uglavnom koristi za ispitivanje mozak, jer je difuzno ponašanje voda omogućuje donošenje zaključaka o nekim bolestima središnje živčani sustav. Uz pomoć difuzijski ponderiranog magnetska rezonancija ili difuzno tenzorsko slikanje, informacije o toku velikog živčana vlakna mogu se dobiti i snopovi. Uobičajeno slikanje tenzora difuzije (DTI), inačica DW-MRI, također bilježi usmjerenost difuzije. DTI izračunava tenzor po jedinici volumen, koji se koristi za opisivanje trodimenzionalnog difuzionog ponašanja. Međutim, ova mjerenja znatno su dugotrajnija od klasičnog MRI-a zbog ogromnih količina potrebnih podataka. Podaci se mogu interpretirati samo upotrebom različitih tehnika vizualizacije. Danas difuzno tenzorsko snimanje, koje je nastalo 1980-ih, podržavaju svi novi MRI uređaji.
Funkcija, učinak i ciljevi
Kao i uobičajeni MRI, i difuzijski ponderirani MRI temelji se na činjenici da protoni imaju spin s magnetskim momentom. Spin se može poravnati s vanjskim magnetskim poljem, paralelnim ili antiparalelnim. U ovom slučaju, antiparalelno poravnanje ima veće energetsko stanje od paralelnog poravnanja. Dakle, kada se primijeni vanjsko magnetsko polje, uspostavlja se ravnoteža u korist protona s niskom energijom. Ako se visokofrekventno polje uključi poprečno na to polje, magnetski momenti se okreću u smjeru xy-ravnine, ovisno o snaga i trajanje pulsa. Ovaj stanje naziva se nuklearna spin rezonancija. Kad se radiofrekventno polje ponovo isključi, nuklearni se spinovi poravnaju prema statičkom magnetskom polju s vremenskim kašnjenjem koje ovisi o kemijskom okruženju protona. Signal se registrira putem napona koji se generira u osjetničkoj zavojnici. U magnetskoj rezonanci ponderiranoj difuzijom, tijekom mjerenja primjenjuje se gradijentno polje koje mijenja polje snaga statičkog magnetskog polja u unaprijed određenom smjeru. To uzrokuje vodik jezgre da izađu iz faze i signal da nestanu. Kad se smjer rotacije jezgri preokrene drugim visokofrekventnim impulsom, one se vrate u fazu i signal se ponovno pojavi. Međutim, intenzitet drugog signala je slabiji jer neke jezgre više ne dolaze u fazu. Ovaj gubitak intenziteta signala opisuje difuziju vode. Što je drugi signal slabiji, to je više jezgri difuzirano u smjeru gradijentnog polja, a niži je i difuzijski otpor. Međutim, otpor difuziji ovisi pak o unutarnjoj strukturi živčanih stanica. Dakle, uz pomoć izmjerenih podataka može se izračunati i vizualizirati struktura ispitivanog tkiva. Difuziono ponderirana magnetska rezonancija često se koristi u udar dijagnoza. Zbog neuspjeha natrij-kalij upumpava udar, postoje ozbiljna ograničenja u difuznom kretanju. To postaje odmah vidljivo s DW-MRI, dok se kod uobičajenog MRI promjene često mogu registrirati tek nakon nekoliko sati. Sljedeće područje primjene odnosi se na kirurško planiranje tijekom operacije mozga. Snimanje tenzijom difuzije uspostavlja tijek živčanih putova. To se mora uzeti u obzir tijekom kirurškog planiranja. Nadalje, slike također mogu pokazati je li tumor već napao živčani put. Ova se metoda također može koristiti za procjenu je li operacija uopće obećavajuća. Mnoge neurološke i psihijatrijske bolesti, kao što su Alzheimerova bolesti, epilepsija, Multipla skleroza, shizofrenija ili HIV encefalopatija, sada su predmet istraživanja difuznog tensorskog snimanja. Pitanje je koja su područja mozga pogođena kojim bolestima. Difuzno tenzorsko slikanje također se sve više koristi kao istraživački alat za kognitivne znanosti.
Rizici, nuspojave i opasnosti
Unatoč dobrim rezultatima u dijagnostici moždanih udara, u pripremi kirurške intervencije na mozgu i kao istraživački alat u mnogim kliničkim ispitivanjima, difuzno ponderirana magnetska rezonancija i danas nailazi na ograničenja u svojoj primjeni. U nekim slučajevima tehnika još nije u potpunosti razvijena i zahtijeva intenzivno istraživanje i razvoj kako bi se poboljšala. Primjerice, mjerenja magnetske rezonancije ponderirana difuzijom često pružaju samo ograničenu kvalitetu slike jer se difuzno gibanje očituje samo slabljenjem izmjerenog signala. Mali napredak je postignut i kod veće prostorne rezolucije, jer kod manje volumen elemente slabljenje signala nestaje u šumu mjernog uređaja. Uz to je potreban velik broj pojedinačnih mjerenja. Podaci mjerenja moraju se ponovno obraditi u računalu kako bi se u određenoj mjeri mogli ispraviti poremećaji. Do sada još uvijek postoje problemi na zadovoljavajući način prikazati složeno difuzno ponašanje. Prema trenutnom stanju tehnike, difuzija unutar voksela može se ispravno zabilježiti samo u jednom smjeru. Testiraju se metode koje istovremeno mogu snimati difuzijom ponderirane slike u različitim smjerovima. To su metode koje zahtijevaju visoku kutnu rezoluciju. Metode procjene i daljnje obrade podataka također još uvijek trebaju optimizaciju. Na primjer, prethodne studije uspoređivale su podatke dobivene difuzijom ponderiranom magnetskom rezonancijom većih skupina ispitanika. Međutim, zbog različitih anatomskih struktura različitih pojedinaca, to može dovesti do obmanjujućih rezultata studije. Stoga se također trebaju razviti nove metode za statističku analizu.
