Диффузионно-взвешенные изображения

автор:

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.

Териминология

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 получаеться 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 определяется. 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, приводящего к набуханию клеток,
    • при этом диффузия внутриклеточной жидкости, за счет органелл, итак более ограниченна, чем во внеклеточном пространстве
  • уменьшения объема внеклеточного пространства (за счет набухания) [2]. 

Схожие механизмы приводит 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 Крейцфельда-Якобса
  • дифференциальная диагностика герпетического энцефалита и диффузных глиом височной доли
  • оценка распространенности диффузного аксиального поражения
  • стадирование глиом и менингиом 

МРТ последовательность

На изображени справа показана спин-эхо последовательность с диффузионным градиентом. Градиентная катушка для получения диффузии может быть совмещена с градиентом или градиентами используемыхми 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 и, следовательно, теряет сигнал.
Поделиться:
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама
патология физика

Иллюстрации

  • Диффузионно взвешенное изображение

Использованные источники:

  1. Henry Knipe, Usman Bashir et al. Diffusion weighted imaging Radiopaedia.org
  2. Qayyum A. Diffusion-weighted imaging in the abdomen and pelvis: concepts and applications Pubmed
  3. Moritani T, Ekholm S, Westesson PL. Diffusion-Weighted MR Imaging of the Brain Смотр.
  4. Greenberg MS. Handbook of Neurosurgery Смотр.
  5. Diffusion MRI : Theory, Methods, and Applications Смотр.

Связанные статьи:

На эту статью ссылаються в клинических наблюдениях:

  1. Диффузионно взвешенное изображение
Cайт предназначен только для медицинских работников. Продолжая Вы даете согласие на использование файлов cookies и принимаете условия использования сайта.