Дифузійне тензорне зображення

The Дифузійне тензорне зображення або магнітно-резонансна томографія (DW-МРТ) представляє дифузійну поведінку молекул води в біологічній тканині як метод візуалізації, заснований на класичному МРТ, і в основному використовується при обстеженні мозку. Подібно до класичного МРТ, процедура неінвазивна і не вимагає використання іонізуючого випромінювання.

Що таке дифузійний тензорний образ?

У клінічній практиці дифузійну тензорну томографію в основному використовують для дослідження головного мозку, оскільки дифузійна поведінка води дозволяє робити висновки про деякі захворювання центральної нервової системи.

Дифузійно-зважена магнітно-резонансна томографія - це метод магнітно-резонансної томографії (МРТ), який вимірює дифузійні рухи молекул води в тканинах тіла.

У клінічній практиці його в основному використовують для дослідження головного мозку, оскільки дифузійна поведінка води дозволяє робити висновки про деякі захворювання центральної нервової системи. За допомогою дифузійно зваженої магнітно-резонансної томографії або дифузійної тензорної томографії також можна отримати інформацію про перебіг великих пучків нервових волокон. У часто використовуваному дифузійному тензорному зображенні (DTI), варіанті DW-MRI, також реєструється спрямованість залежності дифузії.

DTI обчислює тензор на одиницю об'єму, який використовується для опису тривимірної дифузійної поведінки. Однак, завдяки величезній кількості необхідних даних, ці вимірювання значно більш трудомісткі, ніж класичні МРТ. Дані можна інтерпретувати лише за допомогою різних методів візуалізації. Сьогодні дифузійні тензорні зображення, що з’явилися у 1980-х, підтримуються всіма новими МРТ-пристроями.

Функція, ефект та цілі

Як і звичайна магнітно-резонансна томографія, дифузійно-зважена магнітно-резонансна томографія заснована на тому, що протони мають спін з магнітним моментом. Спіна може вирівнювати себе паралельно або антипаралельно зовнішньому магнітному полі.

Антипаралельне вирівнювання має вищий енергетичний стан, ніж паралельне вирівнювання. При застосуванні зовнішнього магнітного поля встановлюється рівновага на користь протонів з низькою енергією. Якщо через це поле увімкнено високочастотне поле, магнітні моменти перевертаються у напрямку площини xy залежно від сили та тривалості імпульсу. Цей стан відомий як ядерно-магнітний резонанс. Коли знову вимкнеться високочастотне поле, ядерні спіни знову вирівнюються у напрямку статичного магнітного поля із затримкою в часі, що залежить від хімічного середовища протона.

Сигнал реєструється через напругу, що створюється в вимірювальній котушці. У дифузійно зваженій магнітно-резонансній томографії під час вимірювання застосовується градієнтне поле, яке змінює напруженість поля статичного магнітного поля у заздалегідь заданому напрямку. Це змушує водневі ядра виходити з фази і сигнал зникає. Якщо напрямок обертання сердечників змінити новим високочастотним імпульсом, вони повертаються у фазу і сигнал виникає знову.

Однак інтенсивність другого сигналу слабшає, оскільки деякі ядра вже не знаходяться у фазі. Ця втрата інтенсивності сигналу описує дифузію води. Чим слабкіший другий сигнал, тим більше ядер розсіялося в напрямку градієнтного поля і чим нижчий опір дифузії. Стійкість до дифузії в свою чергу залежить від внутрішньої будови нервових клітин. За допомогою вимірюваних даних можна обчислити та проілюструвати структуру досліджуваної тканини.

Дифузійно-зважена магнітно-резонансна томографія часто використовується в діагностиці інсульту. Збій натрієво-калієвих насосів у разі інсульту сильно обмежує дифузійні рухи. При DW-МРТ це видно відразу, тоді як при звичайному МРТ зміни часто можуть бути зареєстровані лише через кілька годин. Інша область застосування стосується планування операцій в хірургії мозку.

Дифузійне тензорне зображення визначає хід нервових шляхів. Це необхідно враховувати при плануванні операції. Записи також можуть показати, чи вже пухлина проникла в нервовий тракт. Цей метод також може бути використаний для оцінки питання про те, чи має операція взагалі якісь перспективи. Багато неврологічних та психіатричних захворювань, такі як хвороба Альцгеймера, епілепсія, розсіяний склероз, шизофренія або ВІЛ-енцефалопатія, зараз є предметом досліджень дифузійних тензорних зображень. Питання в тому, які області мозку страждають від яких захворювань. Дифузійне тензорне зображення також все частіше використовується як інструмент дослідження когнітивних досліджень.

Ризики, побічні ефекти та небезпеки

Незважаючи на свої хороші результати в діагностиці інсультів, при підготовці операцій на мозку та як дослідницький інструмент у багатьох клінічних дослідженнях, дифузійно зважена магнітно-резонансна томографія все ще має свої межі застосування.

У деяких випадках процес ще не повністю розвинений і вимагає посилених досліджень та розробок для його вдосконалення. Вимірювання дифузійно зваженої магнітно-резонансної томографії часто пропонують лише обмежену якість зображення, оскільки дифузійний рух виражається лише ослабленням вимірюваного сигналу. Невеликий прогрес досягнуто навіть при більшій просторовій роздільній здатності, оскільки при менших елементах гучності ослаблення сигналу зникає в шумі вимірювального апарату. Крім того, необхідна велика кількість індивідуальних вимірювань.

Дані вимірювань повинні бути перероблені в комп'ютері, щоб можна було виправити деякі порушення. Поки ще існують проблеми із задоволенням представити складну дифузійну поведінку. Відповідно до сучасного рівня техніки, дифузія всередині вокселя може бути правильно записана лише в одному напрямку. Тестуються методи, які можуть одночасно робити дифузійно зважені записи в різних напрямках. Це процеси, які потребують високої кутової роздільної здатності.

Методи оцінки та обробки даних також все ще потребують оптимізації. Наприклад, у попередніх дослідженнях дані, отримані при дифузійно-зваженому магнітно-резонансному зображенні, порівнювались з більшими групами досліджуваних. Однак через різні анатомічні структури різних осіб це може призвести до оманливих результатів дослідження. Ось чому необхідно розробити нові методи статистичного аналізу.