הדמיית טנזור דיפוזיה, או משוקלל דיפוזיה הדמיה בתהודה מגנטית (DW-MRI), היא טכניקת הדמיה המבוססת על MRI קלאסי המדמה את התנהגות הדיפוזיה של מַיִם מולקולות ברקמה ביולוגית. הוא משמש בעיקר לבדיקות של מוֹחַ. אנלוגי ל- MRI קלאסי, ההליך אינו פולשני ואינו מצריך שימוש בקרינה מייננת.
מהי הדמיה של טנסור דיפוזיה?
בפועל קליני, הדמיה של טנסור דיפוזיה משמשת בעיקר ללימוד ה מוֹחַ מכיוון שהתנהגות הדיפוזיה שלה מאפשרת להסיק מסקנות לגבי כמה מחלות במרכז מערכת העצבים. משוקלל דיפוזיה הדמיה בתהודה מגנטית היא טכניקת הדמיה תהודה מגנטית (MRI) אמצעים תנועת הדיפוזיה של מַיִם מולקולות ברקמות הגוף. בפרקטיקה הקלינית משתמשים בה בעיקר לבחינת ה מוֹחַ, כי התנהגות הדיפוזיה של מַיִם מאפשר להסיק מסקנות לגבי כמה מחלות במרכז מערכת העצבים. בעזרת משוקלל דיפוזיה הדמיה בתהודה מגנטית או דימוי טנזור דיפוזיה, מידע על מהלך הגדולים סיבים עצביים ניתן להשיג חבילות. הדמיית טנזור דיפוזיה נפוצה (DTI) נפוצה, גרסה של DW-MRI, לוכדת גם את כיווניות הדיפוזיה. DTI מחשבת טנזור ליחידה כֶּרֶך, המשמש לתיאור התנהגות הדיפוזיה התלת מימדית. עם זאת, מדידות אלה גוזלות זמן רב יותר מאשר MRI קלאסי בשל כמויות הנתונים העצומות הנדרשות. ניתן לפרש את הנתונים רק באמצעות טכניקות הדמיה שונות. כיום, הדמיית טנזור דיפוזיה, שמקורה בשנות השמונים, נתמכת על ידי כל מכונות ה- MRI החדשות.
פונקציה, אפקט ומטרות
כמו MRI קונבנציונאלי, MRI משוקלל דיפוזיה מבוסס על העובדה שלפרוטונים יש סיבוב עם רגע מגנטי. הסיבוב יכול ליישר שדה מגנטי חיצוני מקביל או אנטי-מקבילי. במקרה זה, ליישור האנטי-מקביל יש מצב אנרגטי גבוה יותר מאשר היישור המקביל. לפיכך, כאשר מוחל שדה מגנטי חיצוני, נקבע שיווי משקל לטובת הפרוטונים בעלי האנרגיה הנמוכה. אם שדה בתדירות גבוהה מופעל לרוחב לשדה זה, הרגעים המגנטיים מתהפכים בכיוון מישור ה- xy, תלוי כוח ומשך הדופק. זֶה מצב נקרא תהודה ספין גרעיני. כאשר שדה תדר הרדיו מכובה שוב, הגרעין מסתובב מחדש לכיוון השדה המגנטי הסטטי עם עיכוב זמן שתלוי בסביבה הכימית של הפרוטון. האות נרשם באמצעות המתח שנוצר בסליל החישה. בהדמיית תהודה מגנטית משוקללת דיפוזיה, מוחל שדה שיפוע במהלך המדידה, שמשנה את השדה כוח של השדה המגנטי הסטטי בכיוון קבוע מראש. זה גורם ל הידרוגנציה גרעינים לצאת מהפאזה והאות להיעלם. כאשר כיוון הסיבוב של הגרעינים מתהפך על ידי דופק בתדר גבוה אחר, הם חוזרים לשלב והאות מופיע שוב. עם זאת, עוצמת האות השני חלשה יותר מכיוון שחלק מהגרעינים כבר לא נכנסים לשלב. אובדן עוצמת האות הזה מתאר את התפשטות המים. ככל שהאות השני חלש יותר, כך גרעינים יותר התפזרו לכיוון שדה השיפוע והמטה הוא גם התנגדות הדיפוזיה. עם זאת, העמידות בפני דיפוזיה בתורו תלויה במבנה הפנימי של תאי העצב. כך, בעזרת הנתונים הנמדדים, ניתן לחשב ולהמחיש את מבנה הרקמה שנבדקה. הדמיה בתהודה מגנטית משוקללת דיפוזיה משמשת לעתים קרובות ב שבץ אִבחוּן. בשל הכישלון של נתרן-אשלגן משאבות פנימה שבץ, יש מגבלות חמורות בתנועת דיפוזיה. זה הופך גלוי מיד עם DW-MRI, ואילו עם MRI קונבנציונאלי ניתן לרשום את השינויים לרוב רק לאחר מספר שעות. תחום יישום נוסף מתייחס לתכנון כירורגי במהלך ניתוח מוח. הדמיית טנסור דיפוזיה קובעת את מהלך מסלולי העצבים. יש לקחת זאת בחשבון במהלך תכנון כירורגי. יתר על כן, התמונות יכולות גם להראות אם גידול כבר פלש למסלול העצבים. ניתן להשתמש בשיטה זו גם כדי להעריך אם ניתוח בכלל מבטיח. מחלות נוירולוגיות ופסיכיאטריות רבות, כגון אלצהיימר מחלה, אֶפִּילֶפּסִיָה, טרשת נפוצה, סכִיזוֹפרֶנִיָה או אנצפלופתיה של HIV, הם כעת נושא למחקר הדמיה של טנזור דיפוזיה. השאלה היא אילו אזורי מוח מושפעים באילו מחלות. הדמיית טנסור דיפוזיה משמשת יותר ויותר כלי מחקר ללימודי מדע קוגניטיבי.
סיכונים, תופעות לוואי וסכנות
למרות תוצאותיו הטובות באבחון שבץ מוחי, בהכנת ניתוח מוח, וככלי מחקר במחקרים קליניים רבים, הדמיית תהודה מגנטית משוקללת דיפוזיה עדיין נתקלת במגבלות ביישומה כיום. בחלק מהמקרים הטכניקה עדיין לא מפותחת לחלוטין ודורשת מחקר ופיתוח אינטנסיבי בכדי לשפר אותה. לדוגמא, מדידות הדמיה של תהודה מגנטית משוקללת דיפוזיה מספקות לרוב איכות תמונה מוגבלת מכיוון שתנועת דיפוזיה באה לידי ביטוי רק על ידי החלשת האות הנמדד. התקדמות מועטה הושגה גם ברזולוציה מרחבית גבוהה יותר, מכיוון שבקטנה יותר כֶּרֶך אלמנטים הנחתות האות נעלמות ברעש של מכשיר המדידה. בנוסף, יש צורך במספר רב של מדידות בודדות. יש לעבד מחדש את נתוני המדידה במחשב על מנת שתוכלו לתקן הפרעות במידה מסוימת. עד כה, יש עדיין בעיות לייצג התנהגות דיפוזיה מורכבת באופן משביע רצון. על פי המצב הנוכחי של האמנות, ניתן להקליט דיפוזיה בתוך ווקסל רק בצורה נכונה בכיוון אחד. נבדקות שיטות שיכולות לצלם במקביל תמונות משוקללות דיפוזיה לכיוונים שונים. אלה שיטות הדורשות רזולוציה גבוהה בזווית. גם השיטות להערכת ולעיבוד הנתונים עדיין דורשות אופטימיזציה. לדוגמא, מחקרים קודמים השוו נתונים שהתקבלו מהדמיית תהודה מגנטית משוקללת דיפוזיה מקבוצות גדולות יותר של נבדקים. עם זאת, בשל המבנים האנטומיים השונים של אנשים שונים, זה יכול עוֹפֶרֶת לתוצאות לימוד מטעות. לכן, יש לפתח גם שיטות חדשות לניתוח סטטיסטי.
