Diffusietensorbeeldvorming, of diffusiegewogen MRI (DW-MRI), is een beeldvormende techniek gebaseerd op klassieke MRI die het diffusiegedrag van water moleculen in biologisch weefsel. Het wordt voornamelijk gebruikt voor examens van de hersenen Analoog aan klassieke MRI is de procedure niet-invasief en vereist geen ioniserende straling.
Wat is diffusietensorbeeldvorming?
In de klinische praktijk wordt diffusietensorbeeldvorming voornamelijk gebruikt om de hersenen omdat zijn diffusiegedrag het mogelijk maakt conclusies te trekken over sommige ziekten van de centrale zenuwstelsel Diffusie gewogen MRI is een magnetische resonantie beeldvorming (MRI) techniek die maatregelen de diffusiebeweging van water moleculen in lichaamsweefsels. In de klinische praktijk wordt het voornamelijk gebruikt om de hersenen, omdat het diffusiegedrag van water maakt het mogelijk conclusies te trekken over enkele ziekten van de centrale zenuwstelsel Met behulp van diffusiegewogen MRI of diffusietensorbeeldvorming, informatie over het beloop van de grote zenuwvezels bundels kunnen ook worden verkregen. Veelgebruikte diffusietensorbeeldvorming (DTI), een variant van DW-MRI, legt ook de directionaliteit van diffusie vast. DTI berekent een tensor per eenheid volume, dat wordt gebruikt om het driedimensionale diffusiegedrag te beschrijven. Deze metingen zijn echter aanzienlijk tijdrovender dan klassieke MRI vanwege de enorme hoeveelheden gegevens die nodig zijn. De gegevens kunnen alleen worden geïnterpreteerd door het gebruik van verschillende visualisatietechnieken. Tegenwoordig wordt diffusietensorbeeldvorming, die zijn oorsprong vindt in de jaren tachtig, ondersteund door alle nieuwe MRI-machines.
Functie, effect en doelen
Net als conventionele MRI is diffusiegewogen MRI gebaseerd op het feit dat protonen een spin hebben met een magnetisch moment. De spin kan worden uitgelijnd met een extern magnetisch veld, parallel of antiparallel. In dit geval heeft de antiparallelle uitlijning een hogere energetische toestand dan de parallelle uitlijning. Dus wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd, wordt een evenwicht tot stand gebracht ten gunste van de laag-energetische protonen. Als een hoogfrequent veld dwars op dit veld wordt ingeschakeld, draaien de magnetische momenten in de richting van het xy-vlak, afhankelijk van de sterkte en duur van de puls. Dit voorwaarde heet nucleaire spinresonantie. Wanneer het radiofrequentieveld weer wordt uitgeschakeld, richten de nucleaire spins zich opnieuw uit naar het statische magnetische veld met een tijdsvertraging die afhangt van de chemische omgeving van het proton. Het signaal wordt geregistreerd via de spanning die wordt gegenereerd in de detectiespoel. Bij diffusie-gewogen magnetische resonantiebeeldvorming wordt tijdens de meting een gradiëntveld aangelegd dat het veld verandert sterkte van het statische magnetische veld in een vooraf bepaalde richting. Dit veroorzaakt de waterstof kernen om uit fase te gaan en het signaal om te verdwijnen. Wanneer de draairichting van de kernen wordt omgekeerd door een andere hoogfrequente puls, komen ze weer in fase en verschijnt het signaal weer. De intensiteit van het tweede signaal is echter zwakker omdat sommige kernen niet meer in fase komen. Dit intensiteitsverlies van het signaal beschrijft de diffusie van het water. Hoe zwakker het tweede signaal is, des te meer kernen zijn gediffundeerd in de richting van het gradiëntveld en des te lager is ook de diffusieweerstand. De weerstand tegen diffusie hangt echter weer af van de interne structuur van de zenuwcellen. Zo kan met behulp van de gemeten gegevens de structuur van het onderzochte weefsel worden berekend en gevisualiseerd. Diffusie-gewogen magnetische resonantie beeldvorming wordt vaak gebruikt in beroerte diagnose. Vanwege het falen van het natrium-kalium pompen in beroerte, zijn er ernstige beperkingen in de diffusiebeweging. Bij DW-MRI wordt dit direct zichtbaar, terwijl bij conventionele MRI de veranderingen vaak pas na enkele uren geregistreerd kunnen worden. Een ander toepassingsgebied betreft de chirurgische planning tijdens hersenchirurgie. Diffusietensorbeeldvorming bepaalt het verloop van de zenuwbanen. Hiermee moet bij de chirurgische planning rekening worden gehouden. Verder kunnen de beelden ook laten zien of er al een tumor in de zenuwbaan is binnengedrongen. Deze methode kan ook worden gebruikt om te beoordelen of een operatie überhaupt kansrijk is. Veel neurologische en psychiatrische ziekten, zoals Alzheimer ziekte, epilepsie, multiple sclerose, schizofrenie of hiv-encefalopathie, zijn nu het onderwerp van onderzoek naar diffusietensorbeeldvorming. De vraag is welke hersenregio's bij welke ziekten worden aangetast. Diffusietensorbeeldvorming wordt ook steeds vaker gebruikt als onderzoeksinstrument voor cognitiewetenschappelijke studies.
Risico's, bijwerkingen en gevaren
Ondanks de goede resultaten bij de diagnose van beroertes, bij de voorbereiding van hersenchirurgie en als onderzoeksinstrument in veel klinische onderzoeken, stuit diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvorming nog steeds op beperkingen bij de toepassing ervan. In sommige gevallen is de techniek nog niet volledig ontwikkeld en is er intensief onderzoek en ontwikkeling nodig om deze te verbeteren. Bijvoorbeeld, diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvormingsmetingen verschaffen vaak slechts een beperkte beeldkwaliteit omdat diffusiebeweging alleen tot uiting komt door verzwakking van het gemeten signaal. Er is ook weinig vooruitgang geboekt met een hogere ruimtelijke resolutie, omdat met kleinere volume elementen verdwijnen de signaalverzwakkingen in de ruis van het meetapparaat. Daarnaast is een groot aantal individuele metingen nodig. De meetgegevens moeten opnieuw in de computer worden verwerkt om storingen enigszins te kunnen corrigeren. Tot nu toe zijn er ook nog problemen om een complex diffusiegedrag naar tevredenheid weer te geven. Volgens de huidige stand van de techniek kan diffusie binnen een voxel slechts in één richting correct worden geregistreerd. Er worden methoden getest die tegelijkertijd diffusiegewogen beelden in verschillende richtingen kunnen maken. Dit zijn methoden die een hoge hoekresolutie vereisen. Ook de methoden voor het evalueren en verder verwerken van de gegevens behoeven nog optimalisatie. In eerdere studies werden bijvoorbeeld gegevens vergeleken die waren verkregen uit diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvorming van grotere groepen proefpersonen. Dit kan echter door de verschillende anatomische structuren van verschillende individuen leiden op misleidende studieresultaten. Daarom moeten ook nieuwe methoden voor statistische analyse worden ontwikkeld.
