vol. 4 6/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
316
radiologia
\
radiology
artykuł naukowy
\
scientific paper
tej techniki nastąpiło w 1990 roku, gdy dostępna już była se-
kwencja obrazowania EPI [4, 10].
DWI dostarcza obraz oparty na różnicach w dyfuzji cząsteczek
wody w mózgu. Dyfuzja reprezentuje losowe ruchy cząsteczek
znane jako ruchy Browna (chaotyczne ruchy wywołane zderze-
niami cząsteczek płynu) [1, 7, 23]. Przemieszczenia cząsteczek
wody można podzielić na trzy różne kategorie swobody ruchów
[20]: wolna dyfuzja – cząsteczki wody przemieszczają się dowol-
nie we wszystkich kierunkach w przestrzeni (dyfuzja w pełni izo-
tropowa); ograniczona dyfuzja izotropowa – przemieszczenie
cząsteczek wody jest ograniczone w dowolnym kierunku w prze-
strzeni z licznymi przeszkodami; ograniczona dyfuzja anizotro-
powa – pewne tkanki tworzą ograniczenia ruchu dla cząsteczek
wody, przez co mogą przemieszczać się one jedynie w jednym
lub kilku konkretnych kierunkach [20, 22-26]. Na podstawie
kształtu dyfuzji we włóknach na mapach 3D przypominającym
elipsoidę lub cygaro wnioskować można o występowaniu dyfu-
zji anizotropowej. Natomiast gdy kształt 3D dyfuzji przypomina
sferę, jest to informacja o występowaniu dyfuzji izotropowej [2].
Metoda DWI dostarcza informacji jedynie na temat wielkości
oraz rodzaju dyfuzji wody, a nie o jej kierunku [7]. Ponadto po-
średnio informuje o przestrzeni, w której ona zachodzi [20]. Wpły-
wają na nią mikrostruktura, jak również czynniki fizjologiczne,
np. efektywna dyfuzja cząsteczek we włóknie odbywa się prze-
ważnie głównie w kierunku równoległym do długiej osi włókna,
natomiast w kierunku prostopadłym do nich jest ograniczona [2,
25]. Wszelkie ograniczenia i zmiany w ruchu cząsteczek wody po-
wodują zmiany w obrazie MR DWI. Co za tym idzie, DWI pokazuje
mikrostrukturę tkanki
in vivo
w sposób nieinwazyjny [1, 7, 20, 25].
Obrazowanie DWI możliwe jest dzięki wykorzystaniu specjal-
nych przełączalnych cewek gradientowych [2]. Jądra atomów
wodoru, które w homogenicznym polu magnetycznym obracają
się z jednakową częstotliwością, mogą zostać zatrzymane przez
zastosowanie gradientu [1], co powoduje zmianę sygnału [7, 23].
Jest ona widoczna jako hiperintensywność na obrazach DWI
i wskazuje na ograniczenie dyfuzyjnego ruchu wody [2]. Czułość
dyfuzji może być zwiększona poprzez dwa impulsy gradientowe
położone symetrycznie wokół impulsu 180
o
(dwubiegunowa se-
kwencja Stejskala-Tannera) [23-24]. Jest ona wyrażana poprzez
wartość b (ang.
b-value
):
b G
=
−
(
)
γ
δ
δ
2 2 2
3
∆
/
gdzie:
G
– gradient amplitudy,
δ
– długość gradientu,
Δ
– tymczasowa
odległość między dwoma pulsami,
γ
– współczynnik żyromagnetycz-
ny jądra wodoru [3, 23].
Różnice w otrzymywanym sygnale MR z poszczególnych
wokseli mogą być mapowane topograficznie. Zazwyczaj gene-
rowane są izotropowe obrazy DWI, które łączą w sobie sygnały
związane zarówno z dyfuzją, jak i z relaksacją T2. Ponadto wy-
konywane są kolorowe mapy ADC (widoczny współczynnik dy-
fuzji, ang.
apparent diffusion coefficient of water
) [1-2, 7, 26-27].
Aby uzyskać takie mapy, wymagane są minimum dwie akwizy-
cje: skan bazowy z b = 0 i skan (przykładowo) z b ≥ 1000 [23].
Współczynnik dyfuzji dla każdego woksela obliczany jest na
podstawie regresji liniowej wartości b [24, 27-28]:
ADC
ln SI
SI
b
=
0
gdzie:
SI
– natężenie sygnału obrazu DWI,
SI
0
– natężenie sygnału
w obrazie T2-zależnym dla akwizycji bez gradientów pola magne-
tycznego (
b = 0
) [22, 26].
Technika ta pozwala na nieinwazyjne rozpoznawanie nowo-
tworów, w tym określenie stopnia zaawansowania nowotwo-
ru, wykrywanie przerzutów, a także rozróżnianie glejaków od
ropni i chłoniaków [5]. Ponadto umożliwia monitorowanie sku-
teczności leczenia, szybką diagnostykę chorób neurodegene-
racyjnych oraz stwardnienia rozsianego. Szerokie zastosowanie
metoda DWI znajduje również w diagnostyce lokalizacji ognisk
niedokrwiennych i zasięgu ostrego udaru, nawet kilka minut po
jego wystąpieniu, jeszcze zanim jest to możliwe przy zastosowa-
niu standardowych technik MR [2, 4, 7, 20, 23].
Tensor dyfuzji (DTI)
Obrazowanie dyfuzja-tensor DTI (
Diffusion-Tensor Imaging
), po-
dobnie jak DWI, umożliwia pomiary dyfuzji cząsteczek wody
w tkankach i zapewnia wgląd wmikrostrukturę tkanki [2, 5, 7]. Do-
datkowo pozwala na analizę anizotropii i wyznaczenie kierunku
przepływu cząsteczek wody w poszczególnych rejonach mózgu.
Dyfuzja wody w tkankach mózgu jest ograniczona i anizotropo-
wa, co powoduje, że wynik pomiaru zależny jest od jego kierunku.
Zazwyczaj dyfuzja mierzona jest w trzech ortogonalnych kie-
runkach i szukana jest wartość średnia jako aproksymacja dyfuzji
w dowolnym kierunku. Ta średnia wyznacza tensor dyfuzji – obiekt
matematyczny, który w pełni opisuje zależność dyfuzji od jej orien-
tacji. Aby wyznaczyć pełny tensor dyfuzji, konieczny jest pomiar dy-
fuzji w co najmniej sześciu różnych kierunkach [24]. Gdy znany jest
ten tensor, anizotropia dyfuzji może zostać wyznaczona ilościowo
i możliwe jest wskazanie np. orientacji ścieżek istoty białej [3].
W wyniku badań DTI generowane są mapy wartości i prze-
strzennego rozkładu anizotropowego komponentu dyfuzji.
Zazwyczaj obliczane są mapy niecałkowitej anizotropii FA (
Frac-
tional Anisotropy
) będące miarą kierunkowości dyfuzji [24]. Na
mapach tych intensywność sygnału jest związana ze stopniem
dyfuzji anizotropowej i przyjmuje wartości z zakresu 0-1. War-
tość FA = 0 wskazuje na całkowicie izotropową dyfuzję, nato-
miast FA = 1 na dyfuzję w pełni anizotropową. Wartości FA mogą
być mapowane topograficznie w taki sposób, że woksele, dla
których FA = 0, są czarne, a woksele z wartością FA = 1 są białe
[2]. Główny kierunek dyfuzji może być wyświetlany jako wek-
tor dla każdego z wokseli, a także może zostać zakodowany
w postaci koloru – jest to tzw. traktografia (
tractography
). Kolor
niebieski reprezentuje dyfuzję w osi pionowej (reprezentacja
pionowa), czerwony – dyfuzję w osi poziomej (reprezentacja
od lewej do prawej strony), zielony – dyfuzję w osi strzałkowej
(reprezentacja przednio-tylna) w mózgu. Mapy te dostarczają
