Диффузионно взвешенные изображения на мрт
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:
- изотропная диффузионная карта (то, что большинство радиологов и называет ДВИ — изотропное изображение с использованием одного коэффициента диффузии b
- последовательнось, в результате которой получаеться ДВИ, b=0 и ИКД карты
- 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 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 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.
Программа общего исследования организма методом магнитно-резонансной томографии, которая позволяет получить диффузионно-взвешенные снимки всех тканей и органов – это процедура МРТ диффузии всего тела. Выясним, что представляет собой этот метод диагностики, чем отличается от классического МРТ-исследования, и в каких случаях его назначают.
Другой подход
Диффузионно-взвешенная МРТ (ДВ-МРТ) – это подвид магнитно-резонансной томографии, основанный на оценке происходящих в организме процессов на клеточном уровне. В большей степени живые клетки состоят из воды, которой они обмениваются между собой. Молекулы воды содержатся и в межклеточном пространстве. Они постоянно передвигаются и проникают через мембрану то в клетку, то из нее. Процесс такого перехода называется диффузией.
В норме обмен молекулами воды происходит определенным образом. При патологиях органов и тканей диффузия нарушается: клетки отдают воду в межклеточное пространство медленнее, чем получают извне. В результате они набухают и деформируются. Возможна и обратная ситуация, когда водяных молекул уходит из клетки больше, чем приходит в нее. Диффузионная МР-томография фиксирует показатели диффузии всех тканей и органов организма, а специалист оценивает их и сравнивает с нормой. Чем больше воды в клетках и тканях – тем четче будет картина.
Диагностические возможности метода
Результат общей диффузионно-взвешенной МР-томографии – это трехмерное изображение всего тела, собранное из нескольких тысяч снимков. Оно ценно для специалистов из различных областей медицины, так как дает информацию о состоянии всех органов и тканей человека. Благодаря диффузионной МРТ диагностируют:
- патологические процессы (воспаления, некроз, тромбоз и другие);
- аномалии в строении органов;
- доброкачественные новообразования и раковые опухоли.
Участки тела с отличной от нормы диффузией станут показанием для повторного применения ДВ МРТ в целях детального изучения «интересной» области. Например, диффузионное обследование головного мозга будет информативнее, чем ДВ-сканирование всего тела, так как исследуемая зона меньше по размерам.
Показания к проведению ДВ-МРТ
Диффузионная МР-томография назначается для подтверждения или опровержения предполагаемого или уточнения уже поставленного диагноза. Процедура показана в следующих случаях:
- Диагностика инсультов и инфарктов.
- Подозрение на раковую опухоль.
- Подозрение на метастазирование.
- Оценка эффективности проводимого лечения онкологии.
Диффузионная МР-томография отчетливо визуализирует лимфатическую систему человека. Поэтому данный метод диагностики самый эффективный в выявлении опухолей в лимфоузлах – лимфом.
Чтобы сделать диффузию всего тела необязательно иметь показания. Процедуру можно провести в целях общего обследования. Достаточно прийти в любую клинику, где предлагают МРТ-диагностику, и воспользоваться соответствующими услугами.
Противопоказания, ограничения, методика проведения
Противопоказания к проведению диффузионной МРТ-диагностики такие же, как и у классического варианта исполнения магнитно-резонансной томографии:
- Наличие кардиостимулятора (во время процедуры возможно нарушение его работы, что несет риск для жизни пациента).
- Электронное устройство, имплантированное в среднее ухо (аппарат может выйти из строя, потребуется его замена).
- Беременность в 1 триместре (во 2 и 3 триместрах диффузия всего тела не противопоказана).
- Масса тела от 130 кг (томограф рассчитан на установленный производителем техники максимум нагрузки).
- Клаустрофобия, другие состояния и болезни пациента, мешающие сохранять во время диагностики неподвижность (допустимо проведение диффузионной МР-томографии при условии введения больного в наркоз).
Перед процедурой необходимо снять все, что содержит металл. Если есть металлические несъемные предметы (зубные имплантаты, мосты, коронки, брекеты, спицы), то диффузию можно сделать, только если их материал не включает в себя ферромагнетики. Иначе диагностика потеряет свой смысл: информативность будет мала вследствие искажения данных из-за взаимодействия металла с магнитным полем томографа.
Способ проведения МРТ-диффузии:
- Пациент снимает одежду с металлической фурнитурой, кольца, пирсинг и другие вещи с содержанием металла и ложится на стол томографа.
- При необходимости пациенту делают седацию или вводят его в медикаментозный сон.
- Стол аппарата задвигают в тоннель.
- Специалист включает диффузионно-взвешенный режим сканирования, и аппарат выполняет снимки.
- После окончания сканирования стол выдвигают, и пациент может покинуть МРТ-кабинет.
Процедура диффузионной МРТ длится 40-90 минут. За это время томограф делает тысячи снимков, которые компьютер собирает в единое изображение. Этот метод диагностики не требует контрастирования, так как четкость картинки достигается различными показателями диффузии в организме.
С помощью диффузионной МРТ-томографии сканируется организм полностью и выявляются области с нарушенным обменом воды между клетками тканей и внутренних органов. С такими результатами диагностики можно пойти к любому врачу, который при необходимости назначит дополнительное исследование. Обследование всего тела – это способ предотвратить развитие опасных для жизни заболеваний или обнаружить их на ранней стадии, когда лечение будет наиболее эффективно.
Оценка статьи:
Загрузка…
Диффузно-взвешенные магнитно-резонансные изображения (DW MRI) обеспечивают контрастность картинки, зависящей от случайного микроскопического движения протонов воды, которая может быть существенно изменена различными патологическими процессами.
Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография использует T2-взвешенные серии импульсы с двумя дополнительными градиентными импульсами, которые равны по величине и противоположны по направлению. Эти градиентные импульсы образуются в промежутке между возбуждением ядерных спинов и сбором данных. В результате, формирующиеся изображения более чувствительны к молекулярному движению воды в направлении применяемых дополнительных градиентов. Дополнительные градиентные импульсы приводят к ослаблению интенсивности сигнала вдоль оси, вдоль которой они применяются, что прямо пропорционально диффузии воды в этой области. Быстрая диффузия воды приведет к выраженному снижению сигнала и изображение выглядит более темным. Например, в головном мозге, сканируемые зоны ишемического инфаркта, характеризуются снижением области диффузии воды из-за снижения кровотока. Таким образом, на диффузионно-взвешенных изображениях эти зоны выглядят гиперинтенсивными (яркими). Амплитуда ослабления сигнала от воды на диффузионно-взвешенных изображений, зависит от двух факторов: поступательного движения молекул воды, и суммарной диффузии. Последнее зависит от силы, длительности и времени между градиентными импульсами. Чувствительность к диффузии воды определяется b-градиентным фактором (сек / мм 2). Чем выше значения b, тем более чувствительны диффузно-взвешенные изображения (как правило, в последовательностях диффузно-взвешенных изображений используется 3-4 коэффициента b — B50, B500, B1000 и b1400). Помимо данных ряда диффузионно-взвешенных изображений, есть еще один способ представить диффузионные данные, который называют кажущийся коэффициент диффузии (ADC) карты воды. Они рассчитываются с диффузионно-взвешенных изображениях после приобретения. Он рассчитывается после получения диффузно-взвешенных изображений.
Использование
Онкологический скрининг всего тела (!)
Исследование головного мозга (!)
Исследование холестеотомы (!)
Исследование предстательной железы (!)
Исследование органов малого таза (!)
Исследование молочных желез (!)
Исследование переднего отдела шеи
Исследование тонкого кишечника
Исследование печени
Исследование позвоночника
Исследование крестцово-подвздошного сочленения
Серия диффузно-взвешенных изображений (DW) аксиальные срезы головного мозга со значениями фактора b (b0, b500, b 1000)
Карта ADC со значениями b0, b500, b1000
Серия диффузно-взвешенных изображений (DW) с жироподавлением аксиальные срезы шеи со значениями фактора b (b0 и b800)
Карта ADC со значениями b0 и b800
Серия диффузно-взвешенных изображений (DW) с жироподавлением аксиальные срезы предстательной железы со значениями фактора b (b0, b500 и b1000)
Карта ADC со значениями b0, b500 и b1000
Серия диффузно-взвешенных изображений (DW) с жироподавлением аксиальные срезы молочных желез со значениями фактора b (b0, b500 и b1000)
Карта ADC со значениями b0, b500 и b1000
Серия диффузно-взвешенных изображений (DW) с жироподавлением аксиальные срезы органов женского малого таза со значениями фактора b (b0, b500 и b1000)
Карта ADC со значениями b0 и b800
Теоретические основы применения диффузионно-взвешенной последовательности.
Общеизвестно, что молекулы воды при температуре выше абсолютного нуля находятся в состоянии теплового (Броуновского) движения. В тканях человека диффузия молекул воды чаще всего не может осуществляться во всех возможных направлениях (изотропно) по причине наличия множества ограничивающих факторов, к которым относятся гидрофобные фосфолипиды клеточных мембран, внутриклеточные органеллы, клеточное ядро и прочие.
В основе клинического использования ДВИ лежит явление значимого ограничения скорости диффузии в опухолях, тканях в состоянии отека, воспаления. Причины ограничения диффузии могут быть различными.
В частности, цитотоксический отек головного мозга, в отличие от вазогенного, проявляется повышенным сигналом ДВИ, что объясняется различным патогенезом. В случае цитотоксического отека жидкость из межклеточного пространства переходит в клетку, вызывая увеличение ее объема, и приводит к более плотному контакту между клеточными мембранами, что представляется в виде ограниченного сигнала на карте ИКД. При вазогенном отеке, напротив, происходит переход плазмы из сосудистого русла в межклеточное пространство, не вызывая ограничения диффузии.
Ограничение диффузии в тканях опухоли объясняется высоким ядерно-цитоплазматическим соотношением и плотным расположением клеток с высокой плотностью гидрофобных мембран. Применение диффузионно-взвешенной последовательности позволяет выявить данные структуры как зоны повышения интенсивности сигнала.
Наиболее распространенным вариантом диффузионно-взвешенной последовательности является модификация спин-эхо Т2- взвешенного изображения (Т2-ВИ) с подавлением сигнала от жира и наличием двух дополнительных диффузионных градиентов. Сила, продолжительность и амплитуда диффузионного градиента определяются значением b-фактора (b value). Данный параметр задается исследователем и чаще всего находится в диапазоне от 0 с/мм2 до 1500 с/мм2. При значении b фактора, равном 0 с/мм2, будет получено изображение, практически неотличимое от «анатомического» Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани, так как вклад диффузионного компонента в построении изображения будет отсутствовать. На основании ДВИ, полученных с использованием не менее 2-х b факторов, возможно построение карт измеряемого коэффициента диффузии (ИКД). Карты ИКД позволяют количественно оценить величину диффузии в тканях и служат отправной точкой в динамическом наблюдении ряда онкологических заболеваний.
На текущий момент на большинстве МР- томографов с индукцией поля 1,5 Тесла технически возможно выполнение МРТ всего тела от головы до середины бедер (аналогично стандарту выполнения большинства ПЭТ/КТ), включая Т1-ВИ, Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани или STIR, а также ДВИ в течение 40- 50 минут, что вполне приемлемо в рутинной клинической практике.
Где возможно применение МРТ всего тела с протоколом ДВИ?
С точки зрения клинических перспектив, МРТ всего тела в первую очередь выступает в качестве дополнительного метода скрининга отдаленных метастазов. Высокие значения b фактора обеспечивают высокую интенсивность сигнала опухолевой ткани на фоне неизмененных тканей. Интенсивность сигнала на ДВИ и показатели ИКД зависят от особенностей строения клеток, в частности, ядерно-цитоплазматического соотношения, целостности клеточных мембран и прочих факторов, которые в том числе коррелируют со степенью злокачественности опухолей. Согласно данным Padhani et al., значения ИКД в опухоли могут быть использованы как прогностический фактор и служить одним из критериев подбора специфической терапии. Кроме того, как показывает ряд работ, динамика ИКД на фоне полихимиотерапии является достоверным количественным показателем ответа опухоли на лечение. Некоторые производители разрабатывают специализированное программное обеспечение для автоматического расчета объема опухолевой массы при миеломной болезни и оценки колебаний ИКД для динамического наблюдения таких пациентов (рис. 1). Описана возможность использования ДВИ всего тела для диагностики причины лихорадки неясного генеза, а также при поиске первичной опухоли на фоне выявленных метастазов.
Параметры получения изображения.
Основной целью при планировании ДВИ является достижение максимального соотношения «сигнал-шум», что достигается компромиссом между толщиной среза, относительно низким значением матрицы, полем обзора, минимальным значением TE и рядом других показателей. Одной из частых ошибок является приоритет высокого пространственного разрешения перед соотношением «сигнал-шум», что приводит к снижению контрастности патологических очагов и служит причиной разочарования в методике.
В исследованиях всего тела предпочтительным является использование только двух величин b факторов, так как при большем их количестве возрастает время сбора данных. В то же время, применение одного b фактора не рекомендовано, т.к. как говорилось выше, для расчета ИКД требуется минимум два b фактора. Рекомендуется ограничение минимального значения b фактора 50 с/мм2, при котором сохраняется «анатомичность» изображения, и вместе с тем подавляется перфузионный компонент, т.е. обнуляется сигнал от движущейся в сосудах крови. Это особенно актуально при выявлении мелких очаговых изменений паренхиматозных органов (в первую очередь, печени). Выбор максимального b фактора ограничен в первую очередь соотношением «сигнал-шум» и обычно составляет 750-1000 с/мм2).
Как правило, ДВИ не используется для исследования всего тела в качестве единственной последовательности исследования. В дополнение к ДВИ рекомендуется получение STIR или Т2-ВИ с жироподавлением в идентичной плоскости, для улучшения анатомической корреляции. Так как сбор данных обычно проводится в аксиальной плоскости, ряд авторов рекомендует дополнительно получать Т1-ВИ в сагиттальной плоскости, распланированной исключительно на позвоночный столб, для облегчения локализации очагов в осевом скелете.
Рис. 1 Пример полуавтоматической оценки опухолевой массы при миеломной болезни.
Материал взят:
— ОСНОВЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДИФФУЗИОННО-ВЗВЕШЕННОЙ ТОМОГРАФИИ ВСЕГО ТЕЛА
Гележе П.Б., Трофименко И.А., Морозов С.П.