Difuzinis tensorinis vaizdas

Difuzinis tensorinis vaizdas arba difuzijos svertinis magnetinio rezonanso vaizdas (DW-MRT) atspindi vandens molekulių difuzinę elgseną biologiniame audinyje kaip vaizdavimo metodą, pagrįstą klasikiniu MRT. Jis daugiausia naudojamas smegenų tyrimams. Kaip ir klasikinis MRT, procedūra nėra invazinė ir jai nereikia naudoti jonizuojančiosios spinduliuotės.

Kas yra difuzinis daviklis?

Klinikinėje praktikoje difuzinis tensorinis vaizdavimas dažniausiai naudojamas smegenims tirti, nes vandens difuzinis elgesys leidžia daryti išvadas apie kai kurias centrinės nervų sistemos ligas.

Difuzinis svertinis magnetinio rezonanso tomografija yra magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) metodas, kuriuo matuojami vandens molekulių difuziniai judesiai kūno audinyje.

Klinikinėje praktikoje jis dažniausiai naudojamas smegenims tirti, nes vandens difuzinis elgesys leidžia daryti išvadas apie kai kurias centrinės nervų sistemos ligas. Naudojant difuzinę svertinę magnetinio rezonanso tomografiją arba difuzinį tensorinį vaizdą, taip pat galima gauti informacijos apie didžiųjų nervinių skaidulų pluoštų eigą. Atliekant dažnai naudojamą difuzinį tensorinį vaizdavimą (DTI), DW-MRT variantą, taip pat užfiksuojama difuzijos kryptinė priklausomybė.

DTI apskaičiuoja tensorių, tenkantį tūrio vienetui, kuris naudojamas apibūdinti trimatę difuzijos elgseną. Tačiau dėl didžiulio reikalingo duomenų kiekio šie matavimai užima žymiai daugiau laiko nei klasikinis MRT. Duomenys gali būti interpretuojami tik naudojant įvairius vizualizacijos metodus. Šiandien difuzinis tensorinis vaizdavimas, atsiradęs devintajame dešimtmetyje, palaikomas visais naujais MRT prietaisais.

Funkcija, poveikis ir tikslai

Kaip ir įprastas magnetinio rezonanso vaizdavimas, difuzijos svertinis magnetinio rezonanso vaizdas yra pagrįstas tuo, kad protonai turi sukinį su magnetiniu momentu. Sukimas gali sulyginti tiek lygiagrečiai, tiek anti-lygiagrečiai su išoriniu magnetiniu lauku.

Anti-lygiagretus suderinimas turi aukštesnę energetinę būseną nei lygiagretus suderinimas. Kai taikomas išorinis magnetinis laukas, pusiausvyra sukuriama mažai energijos vartojančių protonų naudai. Jei per šį lauką įjungiamas aukšto dažnio laukas, magnetiniai momentai pasislenka xy plokštumos kryptimi, priklausomai nuo impulso stiprumo ir trukmės. Ši būklė yra žinoma kaip branduolinis magnetinis rezonansas. Kai aukšto dažnio laukas vėl išjungiamas, branduoliniai sukiniai vėl sulygiuoja statinio magnetinio lauko kryptimi su laiko uždelsimu, kuris priklauso nuo protono cheminės aplinkos.

Signalas registruojamas per įtampą, sugeneruotą matavimo ritėje. Difuzinės svertinės magnetinio rezonanso tomografijos metu matavimo metu taikomas gradiento laukas, kuris keičia statinio magnetinio lauko stiprį iš anksto nustatyta kryptimi. Dėl to vandenilio branduoliai išeina iš fazės ir signalas išnyksta. Jei gyslų sukimosi kryptis pasikeičia nauju aukšto dažnio impulsu, jos grįžta į fazę ir signalas vėl atsiranda.

Tačiau antrojo signalo intensyvumas yra silpnesnis, nes kai kurie branduoliai nebėra fazėje. Šis signalo intensyvumo praradimas apibūdina vandens sklaidą. Kuo silpnesnis antrasis signalas, tuo daugiau branduolių pasklido gradiento lauko kryptimi ir tuo mažesnis difuzijos pasipriešinimas. Atsparumas difuzijai savo ruožtu priklauso nuo vidinių nervinių ląstelių struktūros. Išmatuotų duomenų pagalba galima apskaičiuoti ir iliustruoti tiriamo audinio struktūrą.

Insulto diagnostikoje dažnai naudojamas difuzinis svertinis magnetinio rezonanso tomografija. Natrio-kalio siurblių gedimas insulto metu labai apriboja difuzijos judesius. Naudojant DW-MRT, tai iškart matoma, tuo tarpu naudojant įprastą MRT pokyčius dažnai galima užregistruoti tik po kelių valandų. Kita taikymo sritis yra susijusi su smegenų chirurgijos operacijų planavimu.

Difuzinis tensorinis vaizdas lemia nervų kelių eigą. Į tai reikia atsižvelgti planuojant operaciją. Įrašai taip pat gali parodyti, ar navikas jau įsiskverbė į nervų takus. Šis metodas taip pat gali būti naudojamas vertinant klausimą, ar operacija iš viso turi perspektyvų. Daugybė neurologinių ir psichinių ligų, tokių kaip Alzheimerio liga, epilepsija, išsėtinė sklerozė, šizofrenija ar ŽIV encefalopatija, dabar yra tiriamosios difuzinės tensorinės tomografijos tyrimų objektas. Kyla klausimas, kuriuos smegenų regionus veikia kokios ligos. Difuzinis tensorinis vaizdavimas taip pat vis dažniau naudojamas kaip pažinimo mokslo tyrimų tyrimo priemonė.

Rizika, šalutinis poveikis ir pavojai

Nepaisant gerų rezultatų diagnozuojant insultus, ruošiant smegenų operacijas ir kaip daugelio klinikinių tyrimų tyrimo įrankį, difuzine svertine magnetinio rezonanso tomografija vis dar turi savo taikymo ribas.

Kai kuriais atvejais procesas dar nėra iki galo išplėtotas, todėl jį patobulinti reikia intensyvių tyrimų ir plėtros darbų. Difuzijos svertinio magnetinio rezonanso tomografijos matavimai dažnai suteikia tik ribotą vaizdo kokybę, nes difuzijos judėjimas išreiškiamas tik išmatuoto signalo silpnėjimu. Nedidelė pažanga padaryta net ir tuo, kad didesnė erdvinė skiriamoji geba, nes mažesnio tūrio elementams signalo slopinimas išnyksta matuojant aparatą. Be to, būtina atlikti daugybę atskirų matavimų.

Matavimų duomenys turi būti perdaryti kompiuteryje, kad būtų galima ištaisyti kai kuriuos trikdžius. Iki šiol vis dar yra problemų, kaip tinkamai apibūdinti sudėtingą difuzijos elgesį. Remiantis dabartinėmis technikos normomis, difuzija vokselyje gali būti teisingai užfiksuota tik viena kryptimi. Testuojami metodai, galintys tuo pat metu daryti difuzijos svertinius įrašus įvairiomis kryptimis. Tai procesai, kuriems reikalinga aukšta kampinė skiriamoji geba.

Duomenų įvertinimo ir apdorojimo metodus taip pat reikia optimizuoti. Pavyzdžiui, ankstesniuose tyrimuose duomenys, gauti iš difuzinio svertinio magnetinio rezonanso tomografijos, buvo lyginami su didesnėmis tiriamųjų grupėmis. Tačiau dėl skirtingų asmenų anatominių struktūrų gali kilti klaidinančių tyrimų rezultatų. Štai kodėl reikia sukurti naujus statistinės analizės metodus.