Hình ảnh mờ khuyếch tán

Các Hình ảnh mờ khuyếch tán hoặc là hình ảnh cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán (DW-MRI) đại diện cho hành vi khuếch tán của các phân tử nước trong mô sinh học như một phương pháp hình ảnh dựa trên MRT cổ điển. Nó chủ yếu được sử dụng trong kiểm tra não. Tương tự như MRI cổ điển, quy trình này không xâm lấn và không cần sử dụng bức xạ ion hóa.

Hình ảnh Tensor Diffusion là gì?

Chụp cộng hưởng từ trọng lượng khuếch tán là một phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ (MRT) đo chuyển động khuếch tán của các phân tử nước trong mô cơ thể.

Trong thực tế lâm sàng, nó chủ yếu được sử dụng để kiểm tra não, vì hành vi khuếch tán của nước cho phép rút ra kết luận về một số bệnh của hệ thần kinh trung ương. Với sự trợ giúp của chụp cắt lớp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán hoặc chụp ảnh căng phồng khuếch tán, thông tin về quá trình của các bó sợi thần kinh lớn cũng có thể thu được. Trong hình ảnh căng thẳng khuếch tán thường được sử dụng (DTI), một biến thể của DW-MRI, sự phụ thuộc vào hướng của sự khuếch tán cũng được ghi lại.

DTI tính toán một tensor trên một đơn vị thể tích, được sử dụng để mô tả hành vi khuếch tán ba chiều. Tuy nhiên, do yêu cầu lượng dữ liệu khổng lồ, các phép đo này tốn thời gian hơn đáng kể so với MRI cổ điển. Dữ liệu chỉ có thể được giải thích bằng các kỹ thuật trực quan khác nhau. Ngày nay, hình ảnh tensor khuếch tán xuất hiện vào những năm 1980 được hỗ trợ bởi tất cả các thiết bị MRI mới.

Chức năng, tác dụng và mục tiêu

Giống như chụp cộng hưởng từ thông thường, chụp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán dựa trên thực tế là các proton có spin với mômen từ. Con quay có thể tự căn chỉnh song song hoặc ngược song song với từ trường bên ngoài.

Sự liên kết chống song song có trạng thái năng lượng cao hơn sự liên kết song song. Khi một từ trường bên ngoài được áp dụng, một trạng thái cân bằng được thiết lập có lợi cho các proton năng lượng thấp. Nếu một trường tần số cao được bật trên trường này, các mômen từ sẽ lật theo hướng của mặt phẳng xy tùy thuộc vào cường độ và thời gian của xung. Điều kiện này được gọi là cộng hưởng từ hạt nhân. Khi trường tần số cao lại bị tắt, các spin của hạt nhân lại tự sắp xếp theo hướng của từ trường tĩnh với thời gian trễ phụ thuộc vào môi trường hóa học của proton.

Tín hiệu được đăng ký thông qua điện áp tạo ra trong cuộn dây đo. Trong chụp cắt lớp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán, trường gradient được áp dụng trong quá trình đo, trường này làm thay đổi cường độ trường của từ trường tĩnh theo hướng xác định trước. Điều này làm cho các hạt nhân hydro lệch pha và tín hiệu biến mất. Nếu hướng quay của các lõi bị đảo ngược bởi một xung tần số cao mới, chúng sẽ trở lại pha và tín hiệu lại xảy ra.

Tuy nhiên, cường độ của tín hiệu thứ hai yếu hơn vì một số hạt nhân không còn cùng pha. Sự mất cường độ tín hiệu này mô tả sự khuếch tán của nước. Tín hiệu thứ hai càng yếu thì càng có nhiều hạt nhân khuếch tán theo hướng của trường gradient và sức cản khuếch tán càng thấp. Khả năng chống lại sự khuếch tán lại phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của các tế bào thần kinh. Với sự trợ giúp của dữ liệu đo được, cấu trúc của mô được kiểm tra có thể được tính toán và minh họa.

Chụp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán thường được sử dụng trong chẩn đoán đột quỵ. Việc bơm natri-kali bị hỏng trong trường hợp đột quỵ hạn chế nghiêm trọng các chuyển động khuếch tán. Với DW-MRI, điều này có thể nhìn thấy ngay lập tức, trong khi với MRI thông thường, các thay đổi thường chỉ có thể được đăng ký sau vài giờ. Một lĩnh vực ứng dụng khác liên quan đến việc lập kế hoạch hoạt động trong phẫu thuật não.

Hình ảnh căng thẳng khuếch tán xác định quá trình của các đường dẫn thần kinh. Điều này phải được tính đến khi lập kế hoạch hoạt động. Các bản ghi âm cũng có thể cho thấy liệu một khối u đã xâm nhập vào đường thần kinh hay chưa. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để đánh giá câu hỏi liệu một hoạt động có bất kỳ triển vọng nào không. Nhiều bệnh thần kinh và tâm thần, chẳng hạn như bệnh Alzheimer, động kinh, đa xơ cứng, tâm thần phân liệt hoặc bệnh não HIV, hiện đang là đối tượng nghiên cứu trong phương pháp chụp ảnh căng thẳng lan tỏa. Câu hỏi đặt ra là những vùng não nào bị ảnh hưởng bởi những căn bệnh nào. Hình ảnh căng phồng khuếch tán cũng ngày càng được sử dụng như một công cụ nghiên cứu cho các nghiên cứu khoa học nhận thức.

Rủi ro, tác dụng phụ và nguy hiểm

Mặc dù có kết quả tốt trong chẩn đoán đột quỵ, trong việc chuẩn bị cho các hoạt động của não và như một công cụ nghiên cứu trong nhiều nghiên cứu lâm sàng, chụp cắt lớp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán vẫn có những giới hạn ứng dụng của nó.

Trong một số trường hợp, quy trình vẫn chưa được phát triển đầy đủ và cần phải có công việc nghiên cứu và phát triển chuyên sâu để cải thiện nó. Các phép đo của chụp cắt lớp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán thường chỉ cung cấp chất lượng hình ảnh hạn chế vì chuyển động khuếch tán chỉ được thể hiện bằng sự suy giảm của tín hiệu đo được. Đã đạt được rất ít tiến bộ ngay cả với độ phân giải không gian cao hơn, vì với các phần tử âm lượng nhỏ hơn, sự suy giảm tín hiệu sẽ biến mất trong tiếng ồn của thiết bị đo. Ngoài ra, một số lượng lớn các phép đo riêng lẻ là cần thiết.

Dữ liệu đo phải được làm lại trong máy tính để có thể sửa một số nhiễu. Cho đến nay, vẫn còn nhiều vấn đề để thể hiện một hành vi khuếch tán phức tạp một cách thỏa đáng. Theo tình trạng kỹ thuật hiện tại, sự khuếch tán trong một voxel chỉ có thể được ghi lại chính xác theo một hướng. Các phương pháp đang được thử nghiệm có thể đồng thời tạo ra các bản ghi có trọng số khuếch tán theo các hướng khác nhau. Đây là những quá trình yêu cầu độ phân giải góc cạnh cao.

Các phương pháp đánh giá và xử lý dữ liệu cũng cần được tối ưu hóa. Ví dụ, trong các nghiên cứu trước đây, dữ liệu thu được từ chụp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán được so sánh với các nhóm đối tượng thử nghiệm lớn hơn. Tuy nhiên, do cấu trúc giải phẫu khác nhau của các cá nhân khác nhau, điều này có thể dẫn đến kết quả nghiên cứu sai lệch. Đó là lý do tại sao các phương pháp mới để phân tích thống kê phải được phát triển.