Hình ảnh căng phồng khuếch tán, hoặc trọng số khuếch tán chụp cộng hưởng từ (DW-MRI), là một kỹ thuật hình ảnh dựa trên MRI cổ điển hình ảnh hành vi khuếch tán của nước phân tử trong mô sinh học. Nó chủ yếu được sử dụng để kiểm tra não. Tương tự như MRI cổ điển, quy trình này không xâm lấn và không yêu cầu sử dụng bức xạ ion hóa.
Hình ảnh tensor khuếch tán là gì?
Trong thực hành lâm sàng, hình ảnh căng thẳng khuếch tán chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu não bởi vì hành vi khuếch tán của nó cho phép rút ra kết luận về một số bệnh của trung tâm hệ thần kinh. Khuếch tán có trọng số chụp cộng hưởng từ là một kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) các biện pháp chuyển động khuếch tán của nước phân tử trong các mô cơ thể. Trong thực hành lâm sàng, nó chủ yếu được sử dụng để kiểm tra não, bởi vì hành vi khuếch tán của nước cho phép rút ra kết luận về một số bệnh của trung hệ thần kinh. Với sự trợ giúp của khuếch tán-trọng số chụp cộng hưởng từ hoặc hình ảnh căng thẳng khuếch tán, thông tin về quá trình lớn sợi thần kinh các bó cũng có thể được lấy. Hình ảnh căng thẳng khuếch tán (DTI) thường được sử dụng, một biến thể của DW-MRI, cũng ghi lại hướng của sự khuếch tán. DTI tính toán một tensor trên một đơn vị khối lượng, được sử dụng để mô tả hành vi khuếch tán ba chiều. Tuy nhiên, những phép đo này tốn thời gian hơn đáng kể so với MRI cổ điển do yêu cầu lượng dữ liệu khổng lồ. Dữ liệu chỉ có thể được giải thích thông qua việc sử dụng các kỹ thuật trực quan hóa khác nhau. Ngày nay, hình ảnh tensor khuếch tán, bắt nguồn từ những năm 1980, được hỗ trợ bởi tất cả các máy MRI mới.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Giống như MRI thông thường, MRI có trọng số khuếch tán dựa trên thực tế là các proton có một spin với một mômen từ. Con quay có thể phù hợp với từ trường bên ngoài song song hoặc phản song song. Trong trường hợp này, sự liên kết phản song song có trạng thái năng lượng cao hơn so với sự liên kết song song. Do đó, 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 trường tần số cao được bật theo phương ngang với trường này, các mômen từ lật theo hướng mặt phẳng xy phụ thuộc vào sức mạnh và thời gian của xung. Điều này điều kiện được gọi là cộng hưởng spin hạt nhân. Khi trường tần số vô tuyến bị tắt một lần nữa, hạt nhân quay lại hướng về phía 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 được tạo ra trong cuộn cảm biến. Trong hình ảnh cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán, một trường gradient được áp dụng trong quá trình đo, làm thay đổi trường sức mạnh của từ trường tĩnh theo một hướng xác định trước. Điều này gây ra khinh khí hạt nhân lệch pha và tín hiệu biến mất. Khi hướng quay của các hạt nhân bị đảo ngược bởi một xung tần số cao khác, chúng trở lại pha và tín hiệu lại xuất hiện. Tuy nhiên, cường độ của tín hiệu thứ hai yếu hơn vì một số hạt nhân không còn hòa vào pha nữa. 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 điện trở khuếch tán cũng thấp hơn. Tuy nhiên, khả năng chống lại sự khuếch tán lại phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của các tế bào thần kinh. Do đó, với sự trợ giúp của dữ liệu đo, cấu trúc của mô được kiểm tra có thể được tính toán và hình dung. Hình ảnh cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán thường được sử dụng trong đột quỵ chẩn đoán. Do sự thất bại của natri–kali bơm vào đột quỵ, có những hạn chế nghiêm trọng trong chuyển động khuếch tán. Điều này có thể nhìn thấy ngay lập tức với DW-MRI, 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 phẫu thuật trong quá trình phẫu thuật não. Hình ảnh căng thẳng khuếch tán thiết lập quá trình của các đường dẫn thần kinh. Điều này phải được tính đến khi lập kế hoạch phẫu thuật. Hơn nữa, hình ảnh cũng có thể cho thấy liệu một khối u đã xâm lấn vào đường thần kinh hay chưa. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để đánh giá xem một ca phẫu thuật có triển vọng hay không. Nhiều bệnh thần kinh và tâm thần, chẳng hạn như Alzheimer dịch bệnh, động kinh, đa xơ cứng, tâm thần phân liệt hoặc bệnh não HIV, hiện đang là chủ đề của nghiên cứu hình ảnh căng thẳng khuếch tán. Câu hỏi đặt ra là những vùng não nào bị ảnh hưởng trong 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 cơ
Mặc dù có kết quả tốt trong chẩn đoán đột quỵ, trong việc chuẩn bị phẫu thuật não, và là một công cụ nghiên cứu trong nhiều thử nghiệm lâm sàng, chụp cộng hưởng từ trọng lượng khuếch tán vẫn gặp phải những hạn chế trong ứng dụng ngày nay. Trong một số trường hợp, kỹ thuật này vẫn chưa được phát triển đầy đủ và cần phải nghiên cứu và phát triển chuyên sâu để cải thiện nó. Ví dụ, các phép đo hình ảnh 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 biểu hiện bằng sự suy giảm của tín hiệu đo được. Một chút tiến bộ cũng đã được thực hiện với độ phân giải không gian cao hơn, bởi vì với khối lượng các yếu tố làm suy giảm tín hiệu 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 xử lý lại trong máy tính để có thể sửa các nhiễu ở một mức độ nào đó. Cho đến nay, vẫn còn những 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 một cách chính xác theo một hướng. Các phương pháp đang được thử nghiệm có thể đồng thời chụp ảnh có trọng số khuếch tán theo các hướng khác nhau. Đây là những phương pháp yêu cầu độ phân giải góc cạnh cao. Các phương pháp đánh giá và xử lý thêm dữ liệu cũng vẫn yêu cầu tối ưu hóa. Ví dụ, các nghiên cứu trước đây đã so sánh dữ liệu thu được từ chụp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán từ các nhóm đối tượng lớn hơn. Tuy nhiên, do cấu trúc giải phẫu khác nhau của các cá thể khác nhau, điều này có thể dẫn làm sai lệch kết quả học tập. Do đó, các phương pháp mới để phân tích thống kê cũng cần được phát triển.
