Diffusionsgewichtete MRT.

Diffusion ist der wichtigste physikalische Prozess bei Stoffwechselreaktionen der Zelle. Das erste diffusionsgewichtete MR-Bild wurde 1985 erstellt. Die Diffusions-MRT hielt mit MRT-Geräten der dritten Generation Einzug in die klinische Praxis. Zur Erstellung diffusionsgewichteter Tomogramme werden echoplanare Spin-Echo-Pulssequenzen (EPI) mit zwei Diffusionsgradienten gleicher Amplitude und Dauer verwendet. Um die Diffusionseigenschaften von Wasser im Gewebe quantitativ zu bestimmen, werden parametrische Diffusionskarten erstellt, auf denen die Farbe jedes Pixels dem gemessenen Diffusionskoeffizienten entspricht. Auf der Diffusionskarte werden Gewebe mit hoher Wasserdiffusionsrate rot-weiß, Gewebe mit niedriger Diffusionsrate blau-schwarz dargestellt.

Die Richtungsabhängigkeit der Diffusionskapazität von Molekülen wird als Diffusionsanisotropie bezeichnet. In der weißen Substanz des Gehirns diffundieren Wassermoleküle leicht entlang der Nervenfasern, ihre Bewegung über die Fasern wird jedoch durch die undurchlässige Myelinscheide eingeschränkt.

Die Diffusionstensor-MRT wird verwendet, um die Anisotropie der Wasserdiffusion im Gewebe zu visualisieren.

Bei der Diffusions-Tensor-MRT wird die Orientierung von Diffusionsellipsoiden in Voxeln genutzt, um den Verlauf von Nervenfasern zu bestimmen, die Nervenbahnen bilden, indem die Eigenvektoren des Diffusionstensors miteinander verbunden werden. Die Verbindungsalgorithmen sind recht komplex, daher werden verschiedene Berechnungsmethoden verwendet, um den Verlauf vieler Nervenfasern, die eine Nervenbahn bilden, zu „zeichnen“. Daher wird die Tensor-MRT oft als Traktografie bezeichnet – eine Methode zur Visualisierung des Verlaufs von Nervenbahnen. In ihrer einfachsten Form ist die partielle Diffusionsanisotropie farbkodiert, und die Richtungen der Diffusionsbewegung von Wassermolekülen in Geweben werden visualisiert, indem Pixel je nach Orientierung ihres Eigenvektors (rot – entlang der X-Achse, grün – entlang der Y-Achse, blau – entlang der Z-Achse) in einer bestimmten Farbe eingefärbt werden.

Mithilfe der Diffusions-Tensor-MRT können wir strukturelle Verbindungen zwischen Teilen des Gehirns erkennen, was insbesondere bei volumetrischen Prozessen und Erkrankungen wichtig ist, die die anatomische Struktur verzerren oder die weiße Substanz zerstören (Tumoren, traumatische Hirnverletzungen, demyelinisierende Erkrankungen usw.).

Klinische Anwendung der diffusionsgewichteten und diffusionstensorischen MRT. Eine Abnahme der Geschwindigkeit des gemessenen Diffusionskoeffizienten im Hirngewebe ist ein sensitiver Indikator für ischämische Erkrankungen und den Schweregrad der Ischämie. Die Verwendung diffusionsgewichteter Bilder ist heute eine der schnellsten und spezifischsten Methoden zur Diagnose eines ischämischen Hirninfarkts in den frühen Stadien seiner Entwicklung (bis zu 6 Stunden), wenn ein „therapeutisches Fenster“ für den Einsatz von Thrombolyse und die teilweise oder vollständige Wiederherstellung des Blutflusses im betroffenen Hirngewebe besteht. In der akuten Phase eines Schlaganfalls weist der Bereich der Hirnläsion auf diffusionsgewichteten Bildern typischerweise ein hohes MP-Signal auf, während normales Hirngewebe dunkel erscheint. Das Gegenteil ist auf den Karten des gemessenen Diffusionskoeffizienten der Fall. Karten des gemessenen Diffusionskoeffizienten haben sich zu einem Mittel zur Diagnose von Ischämie und zur dynamischen Überwachung der Entwicklung eines akuten Schlaganfalls und der nachfolgenden chronischen Gewebedegeneration durch Ischämie entwickelt. Die Nichtinvasivität und Schnelligkeit der Anwendung diffusionsgewichteter Bilder bestimmen die primäre Bedeutung der Methode bei der Primärdiagnose ischämischer Hirnschäden.

Alle Diffusionsstudien werden ohne Kontrastmittelgabe durchgeführt, was für schwerkranke Patienten und für spezielle Untersuchungen der Gehirnentwicklung bei Kindern ab der intrauterinen Phase wichtig ist. Im letzteren Fall ermöglicht die Diffusions-MRT die Gewinnung zusätzlicher qualitativer (visueller) und quantitativer Gewebemerkmale und eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung der Mikrostruktur des Hirngewebes während seiner Entwicklung.

Diffusionsgewichtete Bilder und Diffusionskarten liefern zusätzliche diagnostische Informationen zur Differenzierung von Hirntumoren mit ähnlichen Manifestationen im T1- und T2-MRT (Gliome, Tumoren mit ringförmiger Kontrastmittelansammlung), peritumoralen Ödemen (vasogen oder zytotoxisch), liefern Daten zum Vorhandensein oder Fehlen von intratumoralen Zysten usw.

Diffusionsgewichtete Bilder liefern in so kurzer Scanzeit wertvolle Informationen zur Diagnose entzündlicher Läsionen des Gehirns und der Wirbelsäule (z. B. Hirnabszesse, Empyem). Der eitrige Inhalt des Abszesses zeichnet sich durch ein hohes MP-Signal aus und lässt sich in jedem Stadium der Behandlung, auch postoperativ, gut visualisieren. Der strukturelle Aufbau einiger Hirntumoren, insbesondere Meningeome und Neurinome, ermöglicht es, den histologischen Tumortyp mithilfe diffusionsgewichteter Bilder bereits vor der Operation mit hoher Zuverlässigkeit vorherzusagen. Anhand der Daten dieser Methode können Epidermoid- und Arachnoidalzysten präzise unterschieden werden.

Die Traktographie ist eine neue und vielversprechende Technik, die es ermöglicht, die Leitungsbahnen des Gehirns nicht-invasiv zu „sehen“. Trotz der noch bestehenden technischen Schwierigkeiten erscheinen die ersten Ergebnisse in der Anwendung auf neurochirurgische Aufgaben vielversprechend. Mithilfe der Diffusions-Tensor-MRT ist es möglich geworden, den chirurgischen Ansatz und das Ausmaß der chirurgischen Entfernung intrazerebraler Tumoren zu planen, indem die Lage der Leitungsbahnen bekannt ist und ihr Interesse am pathologischen Prozess (Verschiebung/Deformation oder Invasion und Schädigung) berücksichtigt wird.

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