Diffusionstensoravbildning

De Diffusionstensoravbildning eller diffusionsviktad magnetisk resonansavbildning (DW-MRI) representerar diffusionsbeteendet hos vattenmolekyler i biologisk vävnad som en avbildningsmetod baserad på klassisk MRT. Den används främst vid hjärnundersökningar. I likhet med klassisk MRI är proceduren icke-invasiv och kräver inte användning av joniserande strålning.

Vad är Diffusion Tensor Imaging?

I klinisk praxis används diffusionstensoravbildning huvudsakligen för att undersöka hjärnan, eftersom diffusionsbeteendet hos vatten gör det möjligt att dra slutsatser om vissa sjukdomar i centrala nervsystemet.

Diffusionsviktad magnetisk resonansavbildning är en metod för magnetisk resonansavbildning (MRT) som mäter diffusionsrörelserna för vattenmolekyler i kroppsvävnad.

I klinisk praxis används det huvudsakligen för att undersöka hjärnan, eftersom diffusionsbeteendet hos vatten gör det möjligt att dra slutsatser om vissa sjukdomar i centrala nervsystemet. Med hjälp av diffusionsviktad magnetisk resonans-tomografi eller diffusionstensoravbildning kan också information om förloppet för de stora nervfiberbuntarna erhållas. I den ofta använda diffusionstensoravbildning (DTI), en variant av DW-MRI, registreras också riktningens beroende av diffusionen.

DTI beräknar en tensor per enhetsvolym, som används för att beskriva det tredimensionella diffusionsbeteendet. På grund av den enorma mängden data som krävs är emellertid dessa mätningar betydligt mer tidskrävande än klassisk MRI. Uppgifterna kan endast tolkas med olika visualiseringstekniker. Idag stöds bildspridningständaravbildning som uppstod på 1980-talet av alla nya MRI-enheter.

Funktion, effekt och mål

Liksom konventionell magnetisk resonansavbildning baseras diffusionsviktad magnetisk resonansavbildning på det faktum att protoner har en snurr med ett magnetiskt ögonblick. Snurret kan anpassa sig antingen parallellt eller anti-parallellt med ett yttre magnetfält.

Den anti-parallella inriktningen har ett högre energitillstånd än den parallella inriktningen. När ett yttre magnetfält appliceras upprättas en jämvikt till förmån för lågenergiprotonerna. Om ett högfrekvent fält slås på över detta fält, vänds magnetiska moment över i xy-planets riktning beroende på pulsens styrka och varaktighet. Detta tillstånd kallas kärnmagnetisk resonans. När högfrekvensfältet stängs av igen, anpassar kärnspinnen sig igen i riktning mot det statiska magnetfältet med en tidsfördröjning som beror på protonens kemiska miljö.

Signalen registreras via den spänning som alstras i mätspolen. Vid diffusionsviktad magnetresonans-tomografi appliceras ett lutningsfält under mätningen, vilket ändrar fältstyrkan för det statiska magnetfältet i en förutbestämd riktning. Detta får vätekärnorna att gå ur fas och signalen försvinner. Om kärnornas rotationsriktning vändes med en ny högfrekvenspuls kommer de tillbaka i fas och signalen inträffar igen.

Emellertid är intensiteten för den andra signalen svagare eftersom vissa kärnor inte längre är i fas. Denna förlust av intensitet hos signalen beskriver diffusionen av vattnet. Ju svagare den andra signalen, desto fler kärnor har diffuserat i gradientfältets riktning och desto lägre är diffusionsmotståndet. Resistensen mot diffusion är i sin tur beroende av nervcellernas inre struktur. Med hjälp av uppmätta data kan strukturen för den undersökta vävnaden beräknas och illustreras.

Diffusionsviktad magnetisk resonansavbildning används ofta vid slagdiagnostik. Bristen på natrium-kaliumpumpar vid en stroke begränsar diffusionsrörelserna allvarligt. Med DW-MRI är detta omedelbart synligt, medan med konventionell MRI ofta kan förändringarna bara registreras efter flera timmar. Ett annat användningsområde avser planering av operationer i hjärnkirurgi.

Diffusionstensoravbildning bestämmer nervvägarnas gång. Detta måste beaktas vid planeringen av operationen. Inspelningarna kan också visa om en tumör redan har trängt in i nervkanalen. Denna metod kan också användas för att bedöma frågan om en operation har några möjligheter alls. Många neurologiska och psykiatriska sjukdomar, såsom Alzheimers sjukdom, epilepsi, multipel skleros, schizofreni eller HIV-encefalopati, är nu föremål för forskning inom diffusionstensoravbildning. Frågan är vilka hjärnregioner som påverkas av vilka sjukdomar. Diffusionstensoravbildning används också alltmer som ett forskningsverktyg för kognitiva vetenskapliga studier.

Risker, biverkningar och faror

Trots sina goda resultat i diagnos av stroke, vid beredning av hjärnoperationer och som ett forskningsinstrument i många kliniska studier har diffusionsviktad magnetresonans tomografi fortfarande sina tillämpningsgränser.

I vissa fall är processen ännu inte fullt utvecklad och kräver intensivt forsknings- och utvecklingsarbete för att förbättra den. Exempelvis erbjuder mätningarna av diffusionsviktad magnetisk resonans-tomografi ofta endast en begränsad bildkvalitet eftersom diffusionsrörelsen endast uttrycks av en dämpning av den uppmätta signalen. Lite framsteg har gjorts med en högre rumslig upplösning, eftersom med mindre volymelement försvinner signaldämpningen i brus från mätanordningen. Dessutom är ett stort antal individuella mätningar nödvändiga.

Mätningsinformationen måste omarbetas i datorn för att kunna korrigera vissa störningar. Hittills finns det fortfarande problem att representera ett komplext diffusionsbeteende tillfredsställande. Enligt teknikens ståndpunkt kan diffusionen inom en voxel endast registreras korrekt i en riktning. Metoder testas som samtidigt kan göra diffusionsvägda inspelningar i olika riktningar. Detta är processer som kräver hög vinkelupplösning.

Metoderna för att utvärdera och bearbeta data måste också fortfarande optimeras. I tidigare studier, till exempel, jämfördes data som erhölls från diffusionsviktad magnetisk resonansavbildning med större grupper av testpersoner. På grund av olika anatomiska strukturer hos olika individer kan detta emellertid leda till vilseledande studieresultat. Därför måste nya metoder för statistisk analys utvecklas.