DİFÜZYON MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLEME (Diffusion magnetic resonance imaging)-Hazırlık aşamasında





Difüzyon manyetik rezonans görüntüleme

Doku su moleküllerindeki protonların hızlanmış ya da kısıtlanmış mikroskopik difüzyon hareketlerinin ölçümü esasına dayanan fonksiyonel bir görüntüleme tekniğidir

Görüntüler kısa çekim sürelerinde ve kontrast maddeye gerek duyulmadan elde edilir.

Difüzyon: Meloküllerin kinetik enerjilerine bağlı olarak rastgele hareketlerine denir.
Difüzyon, kısıtlanmadığı sürece her yöne doğru olur.

Difüzyon katsayısı: Moleküler düzeyde hareketliliğin ölçüsüdür.
Homojen ve sınırsız bir sıvı ortamında difüzyon rastgeledir (serbest difüzyon).
Dokularda su moleküllerinin difüzyonu hücre içi ve hücrelerarası yapılarca sınırlanır (kısıtlanmış difüzyon).
Difüzyon katsayısını etkileyen faktörler :
-Hücre içi organeller,
-Makromoleküller,
-Membranlar
-Hücre tipleri,
-Liflerin şekli, sıklığı, myelinizasyon derecesi sayılabilir.

ADC : Apparent Diffusion Coefficient (Görünüşteki difüzyon katsayısı) : Biyolojik dokularda difüzyon katsayısı yerine görünüşteki difüzyon katsayısı (ADC) deyimi kullanılır.

Çünkü invivo ortamda ölçülen sinyal kaybı invitrodan farklı olarak yalnızca su difüzyonuna bağlı değil
Damar içi akım
BOS akımı
Kardiak pulsasyon gibi faktörlere bağlıdır.

Su molekülünün hareketi ölçülerek dokuların ADC haritası oluşturulabilir.

Difüzyon 2 şekilde gerçekleşir;

İzotropik difüzyon

Mikroyapıları rastgele dizilmiş ya da moleküllerin hareketine düzenli engeller göstermeyen dokularda difüzyon her yöne doğru eşit olur; buna izotropik difüzyon denir.

Örneğin gri cevherde difüzyon izotropiktir.

Anizotropik difüzyon;









Mikroyapıları 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


Difüzyon ölçümünde sekans seçimi

Difüzyon moleküllerin rastgele hareketleri ile değişen manyetik alanların salınım fazlarının açılmasına (defaze) ve sinyal kaybına neden olur.Ancak difüzyonun bu etkisi standart görüntülerde fark ediilemeyecek kadar azdır.

Difüzyon hareketlerini görüntülemek için her hangi bir sekansı difüzyona hassaslaştıran güçlü gradyentler gereklidir.

Bunun için SE sekansında 180 derece radyofrekans pulsu göndermeden önce ve sonra güçlü gradyentler uygulanır.

Difüzyonun oluşturduğu intravoksel defaze ve neden olduğu sinyal kaybı yandaki üst resimde görüldüğü gibi açıklanır.

EPI SE T2 sekansı
Bu sekansta eşit büyüklükte ancak ters yönde bir gradient puls çifti eklenir.

Birinci gradient pulsu doku su molekülündeki protonlarda faz dağılımı (defaze) oluşturmak, 2. gradient ise faz toplanması (refaze) oluşturmak içindir.

Bu puls çifti arasındaki dönemde , hareketi kısıtlanmış protonlar (kısıtlanmış difüzyon)1.pulsta defaze 2.pulsta refaze spinleri oluşturarak yüksek sinyal verirler.

Hareketli protonlar ise 2.pulsta tam olarak refaze olamazlar ve budurum sinyal kaybı ile sonuçlanır (alttaki iki resim).



DAG (difüzyon ağırlıklı görüntüleme) de serbest hızlı difüzyon gösteren dokular düşük sinyalli (hipointens)

Kısıtlı difüzyon gösteren dokular yüksek sinyalli (hiperintens) görülür.

Öncelikle EPI-SE T2 görüntüler elde edilir. Bu sekans ;x,y,z, yönlerinde difüzyon duyarlı gradientlerinin eklenmesi ile her yöndeki difüzyon büyüklüğü belirlenerek DW görüntüler elde edilir.

EPI SE T2 sekansı : inceleme zamanı (10 saniyede) ve artefaktlar belirgin şekilde azaltılmıştır.

En yaygın single shot EPI metodu kullanılmaktadır.

SE sekansa , 180 derece RF pulsu öncesi ve sonrası güçlü bir gradient puls çifti eklenmesi ile difüzyon duyarlılığı oluşturulur.

Bu sekansın en önemli dezavantajı S/N oranının düşük olması ve hareket artefaktlarıdır.

Difüzyon ağırlıklı görüntülerde;

Hızlı difüzyon gösteren protonlar T2 sinyalindeki kayıp nedeniyle düşük sinyalli (koyu),

Yavaş difüzyon gösteren ya da hareketsiz protonlar ise T2 sinyalinde fazla değişiklik olmaması nedeniyle yüksek sinyalli (parlak) dir.

Difüzyon MR görüntülemede bazı etkenler artefaktlara neden olmaktadır.

En önemlisi hareket artefaktıdır. Difüzyon MR mikroskopik düzeyde sıvı hareketlerini ölçtüğünden hasta hareketlerine çok duyarlıdır. Küçükte olsa hasta hareketi ADC ölçümünün güvenirliliğini ortadan kaldırır.

Paranazal sinüsler ve temporal kemik çevresinde manyetik duyarlılık artefaktları görülür.

Gradyentler izole edilmemişse ortaya çıkan Eddy akımları görüntü distorsiyonuna neden olur.

Difüzyon MR görüntülemede çekim sonrası verilerin işlenmesi (post processing):

DAG:

Difüzyonun yönü ve büyüklüğü ile ilgili bilgi içerir.
Dokuların dizilimine bağlı olarak difüzyon değişik yönlerde farklı olur;
örneğin superior-inferior doğrultuda yapılan incelemede, ölçüm eksenine paralel seyreden lifler boyunca difüzyon hızlıdır (düşük sinyal)
Ölçüm eksenine dik seyreden liflerde ise difüzyon yavaştır (yüksek sinyal).
Uygulanan gradiente parelel seyreden liflerde difüzyon hızlı iken buna dik olanlarda difüzyon kısıtlıdır.


DAG’de kontrastı oluşturan difüzyonun yönü, büyüklüğü ve T2 sinyalidir.

Trace DAG:
Difüzyon vektörünün izdüşümü hesaplanarak elde edilen görüntüye trace DAG denir.
Böylece DAG’de yöne bağlı sinyal değişikliği ortadan kalkmıştır. Bu görüntülerde kontrastı oluşturan difüzyonun büyüklüğü ve T2 sinyalidir.
b değeri arttıkça difüzyon ağırlığı artar, T2’ye bağımlılık azalır . Pratikte 800 – 1000 s/mm2 ‘lik b değeri yeterli difüzyon ağırlığı sağlar.

T2 parlaması (T2 shine-through):
DAG’de kısıtlanmış (yavaş) difüzyon yüksek sinyal, hızlı difüzyon ise düşük sinyal olarak izlenir.
Ancak DAG’de kontrastı oluşturan difüzyon sinyali yanısıra T2 sinyalidir. Yani T2 hiperintens lezyonlar kısıtlanmış difüzyon olmasa bile DAG’de yüksek sinyalli görünür ve kısıtlanmış difüzyonu taklit eder. Buna T2 parlaması (T2 shine through) denir .

ADC map (görünüşteki difüzyon katsayısı haritası):
T2 parlaması sorununu önlemek için DAG’deki T2 etkisini ortadan kaldırmak gerekir. ADC haritası ölçülen difüzyon büyüklüğünün mutlak değerini gösterir.
ADC haritası sinyalini oluşturan yalnızca difüzyon büyüklüğüdür;
Bu harita difüzyon yönü ve T2 etkisinden bağımsızdır.
Kısıtlanmış difüzyon = düşük ADC değeri = düşük sinyal;
Hızlı difüzyon = yüksek ADC değeri = yüksek sinyal olarak izlenir.
ADC haritası sinyal değerlerinin DAG’dekinin tam tersi olduğuna dikkat edilmelidir.





KLİNİK UYGULAMALAR

Serebrovasküler hastalıklarda difüzyon MR görüntüleme:

Difüzyon MR’ın başlıca kullanım alanı, inmenin görüntülenmesidir. Difüzyon MR iskemiyi erken dönemde tanıyabilmektedir.

Deneysel çalışmalarda iskemik hasarı izleyen birkaç dakika içerisinde, konvansiyonel MR dahil tüm görüntüleme yöntemleri normal iken, ADC değerlerinde belirgin azalma olduğu gösterilmiştir .

Difüzyondaki bu azalmanın intra ve ektrasellüler mesafe arasındaki sıvı dengesi değişikliğine bağlı olduğu düşünülmektedir.

İskemi sonrası hücre içerisine masif su ve iyon girişi olur (sitotoksik ödem).

İntrasellüler kompartman hacmi artarken ektrasellüler kompartman hacmi azalır.Ektrasellüler kompartmandaki bu değişiklik nedeniyle su moleküllerinin hareketi zorlaşır (kısıtlanmış difüzyon).

İnfarktın kronik doneminde ise hücre ölümü ve büzüşmesi sonucu ektrasellüler mesafe genişler ,dolayısıyla difüzyon hızlanır (hızlanmış difüzyon).

İskemik hasardan hemen sonra ADC azalmaya başlar. ADC deki bu azalma ilk 5 günde belirgindir.





İskemik hasar sonrası T2 sinyal artışı en erken 6 saatte o.ç. Halbuki bu dönemde DAG de belirgin sinyal artışı (ADC azalması) ile infarkt kolayca tanınır.

Difüzyon MR perfüzyon MR ile birlikte kull.da henüz hücre ölümü gerçekleşmemiş ancak risk altındaki dokuları belirlemeye yarar.



Risk altındaki doku (penumbra): perfüzyonu azalmış ancak tedavi uygulanırsa perfüzyonu normale dönebilecek yani reversible iskemi gösteren dokudur.

İktusu izleyen ilk 6 saat içinde hastaların %70 de anormal perfüzyon gösteren alanın anormal difüzyon gösteren alandan daha büyük olduğu görülmüştür.

DAG sitotoksik ödemi , dolayısı ile infarkte dokuyu belirler .PAG (perfüzyon ağırlıklı görüntüleme) ise perfüzyonu azalmış infakt riski altındaki dokuyu gösterir.

PAG defekti DAG defektinden büyük ise;İnfarkte dokuyu çevreleyen henüz infakta uğramamış , kurtarılabilecek ancak risk altındaki dokunun var olduğu anlaşılır. Böyle olgular reperfüzyon tedaviden yarar görebilir.

PAG defekti DAG ye eşit ya da daha küçük ise kurtarılabilecek bir doku yoktur. Bu olgularda reperfüzyondan yarar beklenmez.




Epidermoid kistte difüzyon MR:
T1-ağırlıklı kesitte BOS ile eş sinyallidir.
DAG’de kist kısıtlanmış difüzyon göstermektedir (hiperintens). Difüzyon MR görünümü epidermoid kist ile uyumlu olup araknoid kisti dışlamaktadır.



Epidermoid kistte difüzyon MR:
T1-ağırlıklı kesitte BOS ile eş sinyallidir.
DAG’de kist kısıtlanmış difüzyon göstermektedir (hiperintens). Difüzyon MR görünümü epidermoid kist ile uyumlu olup araknoid kisti dışlamaktadır.




Araknoid kistte difüzyon MR:

T1-ağırlıklı
T2-ağırlıklı MR kesitlerinde , BOS ile izointens izlenir.
DAG’de kistin hipointens olması araknoid kist tanısını desteklemekte ve epidermoid kistten ayırmaktadır.



İntrakranial absede difüzyon MR.
T2-ağırlıklı kesitte hipointens kapsülü olan hiperintens abse kavitesi ve çevre ödemi görülür
Kontrastlı T1-ağırlıklı kesitte hipointens abse kavitesi ve kontrast tutan kapsül mevcuttur.
DAG’de abse kavitesi hiperintens olarak izlenir.
Abse içerisindeki pü visköz niteliği nedeniyle su moleküllerinin difüzyon hızını azaltmaktadır.
Tümörlerin kistik ya da nekrotik komponentleri ise daha söröz içeriklidir; bu nedenle DAG’de hipointens izlenirler.




Vertebral kompresyon kırıklarında


DAG ile benign – malign ayrımı yapılabilir .
DAG’de benign kompresyon kırıkları normal vertebraya göre hipo ya da izointens iken malign kompresyon kırıkları hiperintensdir.
T1 ağırlıklı görüntülerde vertebra korpusunda yükseklik kaybı, hipointens görünüm ve minimal retropulsiyon görülebilir
STIR görüntülerde vertebra, belirgin hiperintens izleniyor .




Akut osteoporotik vertebral çökme fraktürü:
T1 ağırlıklı görüntülerde, vertebra korpusunda yükseklik kaybı ve heterojen hipointens görünüm izlenir
STIR görüntülerde, vertebrada intensite artışı ve hafif derecede retropulse görünüm izlenebilir
Difüzyon ağırlıklı incelemede , çökme kırığı olan vertebrada belirgin hipointensite görülür




Beyin tümürlerinde Difüzyon MR:

Peritümöral vazojenik ödemi tümör dokusundan ayırır.
Nekrotik ya da kistik beyin tümörlerini abseden ayırır.

A) Transverse T2-W fast SE image ve B) FLAIR sekansında sol insular lobda hiperintensite izleniyor (ok) .
C) Transverse T1-weighted nonenhanced SE image da ise insular lobda kitleye bağlı kalınlaşma hafif hipo-izointens olarak izleniyor.
D) Transverse T1-weighted contrast-enhanced SE image: bu düzeyde difüz kontrastlanma izleniyor.
E) DWI: da kitle difüzyon kısıtlanması gösteriyor.



Multipl skleroz (MS) plaklarında;

ADC’nin arttığı gösterilmiştir. Akut MS plaklarında, kronik plaklara göre daha yüksek ADC değerleri ölçülmüştür .


Difüzyon MR ın bir diğer yararı da T2 hiperintens bir lezyonun ektrasellüler kompartmandaki bir genişlemeye mi (vazojenik ödem) , intrasellüler komparmandaki genişlemeye mi (sitotoksik ödem) bağlı olduğunun belirlenmesidir.

Hızlanmış difüzyon paterninde ADC artmış,DAG izo-hipointenstir.
Kronik infarkt
Vazojenik ödem
Bazı ensefalit ve bazı metabolik hastalıklar


Kısıtlanmış difüzyon paterni DAG sinyal artışı ,ADC de sinyal azalması ile karekterizedir. En sık görülen durumlar:
Hiperakut/akut/subakut infarkt (sitotoksik ödem)
Bazı ensefalit (HSV)
Bazı metabolik hastalıklar




KAYNAKLAR:
1. Nöroradyoloji.Manyetik rezonans uygulamaları. Editor:Prof.Dr. İlhan Erden.Türk Manyetik Dezonans Derneği.2006.
2. Tıbbı Görüntüleme Fiziği. Prof. Dr. Orhan Oyar. 2003.
3. Proton magnetic resonance spectroscopic imaging in progressive supranuclear palsy, Parkinson’s disease and corticobasal degeneration. G. Tedeschi ve ark. Brain (1997), 120, 1541–1552.1997.
4. Metabolite Findings in Tumefactive Demyelinating Lesions Utilizing Short Echo Time Proton Magnetic Resonance Spectroscopy. A. Cianfoni ve ark.AJNR Am. J. Neuroradiol., February 1, 2007
5. Auer Serial Proton MR Spectroscopy and Diffusion Imaging Findings in HIV-Related Herpes Simplex Encephalitis.P. G. Samann ve ark.AJNR Am. J. Neuroradiol., November 1, 2003.