Diffusjonstensoravbildning, eller diffusjonsvektet magnetisk resonansbilder (DW-MRI), er en bildebehandlingsteknikk basert på klassisk MR som avbilder diffusjonsatferden til Vann molekyler i biologisk vev. Den brukes hovedsakelig til undersøkelser av hjerne. Analogt med klassisk MR, er prosedyren ikke-invasiv og krever ikke bruk av ioniserende stråling.
Hva er diffusjonstensoravbildning?
I klinisk praksis brukes diffusjonstensoravbildning hovedsakelig til å studere hjerne fordi dens diffusjonsadferd gjør det mulig å trekke konklusjoner om noen sykdommer i sentralen nervesystemet. Diffusjonsvektet magnetisk resonansbilder er en magnetisk resonansbilder (MRI) teknikk som målinger diffusjonsbevegelsen til Vann molekyler i kroppsvev. I klinisk praksis brukes det hovedsakelig til å undersøke hjerne, fordi diffusjonsoppførselen til Vann tillater konklusjoner om noen sykdommer i sentralen nervesystemet. Ved hjelp av diffusjonsvektet magnetisk resonansbilder eller diffusjonstensoravbildning, informasjon om forløpet til det store nervefiber bunter kan også fås. Vanlig brukt diffusjonstensoravbildning (DTI), en variant av DW-MRI, fanger også retningsretningen for diffusjon. DTI beregner en tensor per enhet volum, som brukes til å beskrive den tredimensjonale diffusjonsatferden. Imidlertid er disse målingene betydelig mer tidkrevende enn klassisk MR på grunn av de enorme mengder data som kreves. Dataene kan bare tolkes ved bruk av ulike visualiseringsteknikker. I dag støttes diffusjonstensoravbildning, som stammer fra 1980-tallet, av alle nye MR-maskiner.
Funksjon, effekt og mål
I likhet med konvensjonell MR, er diffusjonsvektet MR basert på det faktum at protoner har et snurr med et magnetisk moment. Spinnet kan justeres til et eksternt magnetisk felt, enten parallelt eller antiparallelt. I dette tilfellet har den antiparallelle justeringen en høyere energetisk tilstand enn den parallelle justeringen. Når et eksternt magnetfelt påføres, etableres en likevekt til fordel for lavenergiprotonene. Hvis et høyfrekvent felt er slått på tvers av dette feltet, vender de magnetiske momentene i xy-planretningen, avhengig av styrke og pulsens varighet. Dette tilstand kalles kjernefysisk resonans. Når radiofrekvensfeltet slås av igjen, spinner kjernefysikken på nytt mot det statiske magnetfeltet med en tidsforsinkelse som avhenger av protonets kjemiske miljø. Signalet registreres via spenningen som genereres i sensorspolen. I diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning påføres et gradientfelt under målingen, som endrer feltet styrke av det statiske magnetfeltet i en forhåndsbestemt retning. Dette fører til at hydrogen kjerner for å gå ut av fase og signalet for å forsvinne. Når kjernens rotasjonsretning blir reversert av en annen høyfrekvent puls, kommer de tilbake i fase og signalet vises igjen. Intensiteten til det andre signalet er imidlertid svakere fordi noen kjerner ikke lenger kommer i fase. Dette tapet av signalets intensitet beskriver diffusjonen av vannet. Jo svakere det andre signalet er, jo flere kjerner har diffundert i retning av gradientfeltet og desto lavere er også diffusjonsmotstanden. Motstanden mot diffusjon avhenger imidlertid igjen av den indre strukturen til nervecellene. Dermed kan strukturen til det undersøkte vevet beregnes og visualiseres ved hjelp av de målte dataene. Diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning brukes ofte i hjerneslag diagnose. På grunn av svikt i natrium-kalium pumper inn hjerneslag, det er alvorlige begrensninger i diffusjonsbevegelse. Dette blir umiddelbart synlig med DW-MR, mens endringene med vanlig MR ofte bare kan registreres etter flere timer. Et annet bruksområde er kirurgisk planlegging under hjernekirurgi. Diffusjonstensoravbildning etablerer forløpet til nervebanene. Dette må tas i betraktning under kirurgisk planlegging. Videre kan bildene også vise om en svulst allerede har invadert nerveveien. Denne metoden kan også brukes til å vurdere om en operasjon i det hele tatt er lovende. Mange nevrologiske og psykiatriske sykdommer, som Alzheimers sykdom, epilepsi, multippel sklerose, schizofreni eller HIV-encefalopati, er nå gjenstand for forskning på diffusjonstensor. Spørsmålet er hvilke hjerneregioner som er berørt i hvilke sykdommer. Diffusjonstensoravbildning brukes også i økende grad som et forskningsverktøy for kognitive vitenskapelige studier.
Risiko, bivirkninger og farer
Til tross for gode resultater i diagnosen hjerneslag, forberedelse av hjernekirurgi, og som et forskningsverktøy i mange kliniske studier, opplever diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning fremdeles begrensninger i applikasjonen i dag. I noen tilfeller er teknikken ennå ikke fullt utviklet og krever intensiv forskning og utvikling for å forbedre den. For eksempel gir diffusjonsveide magnetiske resonansbildemålinger ofte bare begrenset bildekvalitet fordi diffusjonsbevegelse bare manifesteres ved demping av det målte signalet. Lite fremgang har også blitt gjort med høyere romlig oppløsning, fordi med mindre volum elementer forsvinner signaldempingene i støyen fra måleinstrumentet. I tillegg er et stort antall individuelle målinger nødvendige. Måledataene må behandles på nytt i datamaskinen for å kunne korrigere forstyrrelser til en viss grad. Inntil nå er det også fortsatt problemer med å representere en kompleks diffusjonsatferd på en tilfredsstillende måte. I henhold til dagens teknikk kan diffusjon i en voxel bare registreres riktig i en retning. Metoder blir testet som samtidig kan ta diffusjonsveide bilder i forskjellige retninger. Dette er metoder som krever høy vinkeloppløsning. Metodene for evaluering og viderebehandling av dataene krever fortsatt optimalisering. For eksempel sammenlignet tidligere studier data innhentet fra diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning fra større grupper av fag. På grunn av de forskjellige anatomiske strukturene til forskjellige individer, kan dette imidlertid føre til villedende studieresultater. Derfor må det også utvikles nye metoder for statistisk analyse.
