Difüzyon Ağırlıklı Görüntüleme

Güçlü gradient sistemleri ve geliştirilen son teknikler ile birlikte MRG’de fonksiyonel inceleme alanı gündeme gelmiştir. Difüzyon ağırlıklı görüntüleme (DAG) su moleküllerinin mikroskopik translasyonel (Brownian) hareketlerindeki değişikliklere son derece hassas yeni bir manyetik rezonans görüntüleme (MRG) tekniği olup, perfüzyon MRG, kortikal aktivasyon (BOLD-blood oxygen level detection) ve MR spektroskopi ile birlikte “fonksiyonel görüntüleme” yöntemlerinin bir tanesidir.

Difüzyon ağırlıklı görüntüleme görüntü kontrastının suyun mikroskopik hareketine dayalı olduğu bir MR görüntüleme tekniğidir. Difüzyon ağırlıklı görüntüleme standart T1 ve T2 ağırlıklı görüntülerle elde edilemeyen bilgileri sağlaması nedeniyle değerli bir görüntüleme tekniği rolünü üstlenmiştir.

Konvansiyonel MRG’de su moleküllerinin doku içindeki difüzyon olayının elde edilen manyetik rezonans sinyaline katkısı çok küçüktür. Difüzyon MRG’de ise çok güçlü manyetik gradientler eşliğinde ekoplanar sekansı kullanılarak su moleküllerinin hareketlerini görüntülemek mümkün olmaktadır. Milisaniyeler içinde görüntü oluşturabilen eko planar inceleme (EPI) difüzyon duyarlılığı en yüksek sekansdır. EPI görüntülemenin avantajları yanında geometrik rezolüsyonun düşüklüğü, akım ve harekete belirgin duyarlılık göstermesi önemli dezavantajlarıdır.

Difüzyon, Brownian hareket de denen, moleküllerin termal (kinetik) enerjisiyle gelişi-güzel hareketidir. Difüzyon kısıtlanmadığı sürece her yöne doğru olur. Bir manyetik gradient uygulandığında moleküler difüzyon spin eko sinyal amplitüdünde azalmaya yol açar. Ancak difüzyonun bu etkisi standart spin eko görüntülerde farkedilemeyecek kadar küçüktür. Difüzyon etkisini ölçebilmek için herhangi bir sekansı difüzyona hassaslaştıran güçlü gradientler kullanılır. Güçlü manyetik alan gradientleri belli yönlerde (x,y,z eksenlerinde) harekete geçirilerek ‘‘su difüzyonu’’ baskın kontrast mekanizması haline getirilir bu da direkt olarak görüntülenir

İzotropik difüzyon: Mikroyapıları rastgele dizilmiş ya da moleküllerin hareketine düzenli engeller göstermeyen dokularda, homojen sıvı içinde (araknoid kist) difüzyon serbesttir(66). Her yöne doğru eşit olur. Buna izotropik difüzyon denir. Örneğin gri cevherde füzyonda tamamen su moleküllerinin hareketlerine difüzyon izotropiktir. İzotropik difüzyonda tamamen su moleküllerinin hareketlerine bağlı görüntüler elde edilmekteve buda ekoplanar difüzyon MRG ya da sadece Difüzyon MRG olarak tanımlanmaktadır

Anizotropik difüzyon: Mikro yapıları belli bir düzenle yerleşmiş olan dokularda difüzyon bir yönde diğer yönlere göre daha fazla olabilir; buna anizotropik difüzyon denir. Örneğin myelinli beyaz cevher lifleri boyunca difüzyon hızlıdır. Ancak liflere dik doğrultuda su moleküllerinin hareketi engelleneceğinden difüzyon yavaştır. Beyaz cevherde difüzyon anizotropiktir . Burada görüntüler PSIF adı verilen gradyent- eko sekansıyla elde edilir. İkisi arasındaki temel fark ‘‘apparent diffusion coefficent’’ (ADC) değeri adı verilen su difüzyonu değerinin matematiksel olarak ölçümü yalnızca izotropik difüzyonda mümkün olmaktadır. Anizotropik difüzyon da ise piksel değerleri ölçümü ve değişik lezyonların kıyaslanması yapılabilir, ancak ADC değeri hesaplanamaz.

Difüzyon ölçümü: Difüzyon ağırlıklı ilk sekans 1965 yılında Stejkal ve Tanner tarafından tanımlanmıştır. Bu yöntemde standart SE sekansını difüzyona hassaslaştırmak amacıyla 180° radyofrekans dalgasından önce ve sonra güçlü gradientler uygulanmıştır. Difüzyon ağırlıklı bir görüntü elde edebilmek için uygulanan gradientler yüksek amplitüdlü olmalı, uygulama süresi kısa olmalıdır. Zaten difüzyonun in vivo ölçümü güçlü gradientlerin geliştirilmesinden sonra mümkün olmuştur.

Moleküller 180° radyofrekans pulsuna simetrik yerleştirilmiş bir çift gradiyent pulsu ile manyetize edilirler. Su molekülleri manyetik alan gradiyenti yönünde hareket ettikçe, ne kadar uzağa hareket ettiklerine bağlı olarak sabit moleküllere oranla transvers manyetizasyonda faz kayması oluştururlar. Bu faz kayması, spin eko sinyalinin yoğunluğu ile direkt olarak ilişkilidir. Bu fenomen temelde faz kontrast MR anjiyografi tekniğiyle analogtur. Fakat difüzyon ağırlıklı görüntülemede faz kayması o kadar büyüktür ki, sonuçta sinyal kaybı oluşur.

ADC = apparent diffusion coefficient (Görünüşteki difüzyon katsayısı):
Biyolojik dokularda difüzyon katsayısı yerine görünüşteki difüzyon katsayısı (ADC) deyimikullanılır. Çünkü in vivo ortamda ölçülen sinyal kaybı in vitro ortamdan farklı olarak yalnızca su difüzyonuna değil, damar içi akım, BOS akımı ve kardiak pulsasyonlar gibi faktörlere bağlıdır

Difüzyon ölçümünde sekans seçimi: Difüzyon gradientlerinin konvansiyonel SE sekansa uygulanmasının dezavantajı uzun inceleme zamanıdır. Bu yöntemle bir yönde difüzyon ölçümü 6-8 dakika sürer. Bu süre içinde hasta hareketi ve fizyolojik hareketlerin neden olduğu artefaktlar görüntüyü bozar. Bugün difüzyon gradientleri konvansiyonel SE T2 yerine ekoplanar SE T2 sekansa uygulanmaktadır. Böylece inceleme zamanı ve artefaktlar belirgin şekilde azaltılmıştır. Ekoplanar görüntülemede hızla açılıp kapanabilen güçlü gradientlerin yardımıyla tüm beyin kesitlerini yaklaşık 10 saniyede almak mümkündür. Birbirine dik 3 planda, 2 ayrı b değeri kullanılarak tüm beyin kesitleri bir dakika içinde alınabilir. Difüzyon ağırlıklı görüntülemeyi klinikte mümkün kılan, ekoplanar görüntülemenin kulllanılmasıdır