Диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ, DWI)

Диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ, DWI) – метод визуализации Броуновского «беспорядочного» движения молекул воды в тканях [1].

Отношение гистологического строения ткани и  скорости диффузии достаточно сложны, но сводятся к тому, что плотность расположения клеток и уменьшение объема внеклеточного пространства ведут к уменьшению диффузии. Диффузионно-взвешенные изображения особенно полезны в диагностике опухолей и ишемии головного мозга.

Терминология

Существует небольшая путаница в том, как врачи и радиологи понимают ограничение диффузии, причем и те, и другие иногда на самом деле не понимают, о чем они говорят.

Первая проблема заключается в том, что термин "диффузионно-взвешенное изображение" используется для обозначения ряда различных понятий:

1. изотропная диффузионная карта (то, что большинство радиологов и называет ДВИ - изотропное изображение с использованием одного коэффициента диффузии b);
2. последовательнось, в результате которой получается ДВИ, b=0 и ИКД карты;
3. еще более общий термин, охватывающий все диффузионные методики получения изображений, включая диффузионно-тензорные изображения.

Кроме того, также существует путаница в определении патологического ограничения диффузии. Во многом, это связано с широким использованием ДВИ в диагностике инсульта, при котором ишемизированная ткань на изотропных картах имеет высокую интенсивность МР сигнала, и, как бы подразумевается, что в неизмененных участках мозга ограничения диффузии не определяются. А по сути, это является более красивым, но не полностью верным выражением - "диффузия в пораженном участке демонстрирует большее ограничение, чем ожидалось для этой ткани".

Кроме того, не все врачи знакомы феноменом T2-просвечивания - иной причины высокого сигнала на ДВИ.

Для более аккуратной и точной формулировки "ограничения диффузии", врач должен помнить, что мы имеем дело с фактическими значениями ИКД (в условиях полноценного программно-аппаратного обеспечения рабочей станции врача). Также желательно использовать такие формулировки как: "область демонстрирует патологически низкое значения ИКД (патологическое ограничение диффузии)" или  "высокий МР сигнал на изотропных изображениях (ДВИ) подтверждается патологическим ограниченнием диффузии на ИКД картах/изображениях". 

Физика

В отличие от свободной диффузии молекул воды в лабораторных условиях, диффузия молекул воды в вокселе ткани мозга, во-первых, ограниченна клеточными мембранами, а кроме того, представляет собой комбинацию диффузий воды в следующих пространствах:

• диффузия внутриклеточной жидкости
  • в цитоплазме в целом
  • в органеллах
• диффузия внеклеточной жидкости
  • интерстициальной (внутритканевой)
  • внутри сосудов
  • лимфатической
  • различных биологических полостей, например, желудочков головного мозга
• диффузия между внутри- и внеклеточным пространствами

Вклад пространства будет зависеть от ткани и патологического процесса. Например, при остром инсульте головного мозга уменьшение значений ИКД является результатом комбинации: 

• движения воды во внутриклеточное пространство, приводящая к набуханию клеток; при этом диффузия внутриклеточной жидкости за счет органелл итак более ограничена, чем во внеклеточном пространстве
• уменьшения объема внеклеточного пространства (за счет набухания) [2]. 

Схожие механизмы приводят к низким значениям ИКД в опухолях с высокой клеточностью (например, в лимфоме/PNET или глиоме высокой степени злокачественности).

Клиническое применение

Главная роль ДВИ в следующих клинических ситуациях [3-5]: 

• ранняя диагностика инсульта головного мозга
• дифференциальная диагностика острого инсульта от хронического
• дифференциальная диагностика острого инсульта от заболеваний, симулирующих острый инсульт
• дифференциальная диагностика эпидермоида и арахноидальных кист
• дифференциальная диагностика абсцесса головного мозга и некроза опухоли
• оценка кортикальных поражений при болезни Крейтцфельдта-Якоба
• дифференциальная диагностика герпетического энцефалита и диффузных глиом височной доли
• оценка распространенности диффузного аксонального поражения
• стадирование глиом и менингиом 

Смотрите также: Интракраниальная патология с повышением МР сигнала на диффузинно-взвешенных изображениях

МРТ последовательность

На изображени справа показана спин-эхо последовательность с диффузионным градиентом. Градиентная катушка для получения диффузии может быть совмещена с градиентом или градиентами, используемыми для пространственного кодирования. Степень диффузионной взвешености зависит от площади диффузионного градиента, интервала между градиентами, эффекта пространственной локализации градиентов и размера вокселя.

• стационарная молекула воды (спин/протон) - не подвергается воздействию градиентов диффузии и сохраняет свой сигнал.
• подвижная молекула воды (спин/протон) - приобретает сдвиг по фазе под воздействием первого градиента и не восстанавливается при следующем импульсе - следовательно, теряет сигнал.