Diffusion imaging
Dotaz
Zobrazit nápovědu
Zobrazení tenzorů difuze (diffusion tensor imaging, DT I) je poměrně nová technika vyšetření magnetickou rezonancí, která je v současné době jako jediná schopna zobrazit bližší strukturální detaily bílé hmoty mozku. Sofistikované softwarové zpracování základních dat umožňuje vizualizovat jednotlivé dráhy nebo měřit číselné hodnoty parametrů DTI, které dle dosavadních publikací citlivě reagují na strukturální poškození bílé hmoty. Autoři této práce si kladou za cíl přinést přehled současných aplikací DT I pro zobrazení bílé hmoty mozku. Probírány jsou základní technické aspekty, možnosti praktického využití této metody v běžné klinické praxi a v neposlední řadě i ryze výzkumné aplikace směřující k detekci a kvantifikaci diskrétní ultrastrukturální patologie u různých onemocnění bílé hmoty mozkové.
Diffusion tensor imaging (DTI) is a relatively new magnetic resonance imaging technique that is capable of unique depiction of the structural detail in brain white matter. Its sophisticated software algorithms provide either three-dimensional reconstructions and visualizations of the particular tracts of the white matter or quantifications of various DTI parameters that appear, according to certain studies, to be highly sensitive to structural abnormalities in white matter. The aim of the present paper is to review the current applications of DTI for the depiction of brain white matter. Some basic technical remarks are made and clinical aspects are discussed, as well as purely research applications aimed at the detection and quantification of the subtle ultra-structural pathology of brain white matter.
- MeSH
- amyotrofická laterální skleróza diagnóza MeSH
- centrální nervový systém fyziologie patofyziologie patologie MeSH
- diagnostické techniky neurologické přístrojové vybavení trendy využití MeSH
- difuzní magnetická rezonance metody přístrojové vybavení využití MeSH
- financování organizované MeSH
- lidé MeSH
- nádory mozku diagnóza etiologie MeSH
- nemoci mozku diagnóza etiologie MeSH
- nervová tkáň MeSH
- nervové dráhy MeSH
- počítačové zpracování obrazu metody přístrojové vybavení využití MeSH
- předoperační péče metody využití MeSH
- roztroušená skleróza diagnóza MeSH
- schizofrenie diagnóza MeSH
- stereotaktické techniky přístrojové vybavení využití MeSH
- zobrazování trojrozměrné metody přístrojové vybavení využití MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
1st ed. 21, 374 s.
- MeSH
- difuze MeSH
- magnetická rezonanční tomografie metody MeSH
- perfuze MeSH
- Publikační typ
- monografie MeSH
- Konspekt
- Patologie. Klinická medicína
- NLK Obory
- radiologie, nukleární medicína a zobrazovací metody
Článek se souhrnně zabývá problematikou měření molekulární difúze pomoci magnetické rezonance (MR) a uvádí několik typických aplikací zobrazováni difuzních koeficientů v diagnostice např. mozkové ischemic, změn u pacientů s fenylketonurií nebo roztroušenou sklerózou (RS). Obrazy byly měřeny metodou difuzně váženého spinového echa Echo-planar Imaging (EPI) s následnou korekcí geometrické distorze obrazů a výpočtem ADC map (Apparent Diffusion Coeffici geometrické distorze obrazů a výpočtem ADC map (Apparent Diffusion Coefficient). Anizotropie difúze molekul v bílé mozkové hmotě je ukázána u zdravého mozku a jsou uvedeny také orientační hodnoty ADC ve trech základních směrech. Diagnostika mozkové ischemic měřením difuzně vážených obrazů je dnes již dobře známou metodou, která umožňuje nejen zobrazit tkáňové změny již několik minut po ischemické události, ale také rozlišit stáří ischemic. Výrazné změny • pokles až o 40 % - byly naměřeny u pacientů s fenylketonurií, a to v oblastech typických naopak jednat o typickou demyelinizaci, čemuž nasvědčuje prakticky normální hodnota NAA naměřená v těchto oblastech pomocí MR spektroskopie. Také u pacientů s RS jsme naměřili změny ADC, ale jejich velikost a směr (snížení či zvýšení) byly závislé na velikosti postižených míst a pravděpodobně i na jejich stáří.
The presented paper summarizes the problem of assessment of molecular diffusion by magnetic resonance (MR) and discuss several typical applications of diffusion imaging in the diagnosis e.g. of cerebral ischaemia, changes in patients with phenylketonuria or multiple sclerosis (MS). The images were measured using diffiision weighted (DW) spin echo Echo-planar Imaging (EPI) sequence with subsequent correction of the geometrical distorsion of images and calculation of ADC maps (Apparent Diffusion Coefficient). Anisotr opy of molecule diffusion in the white matter of the brain is demonstrated in a healthy brain, as well as approximate ADC values in three basic directions. The diagnosis of cerebral ischaemia by assessment of DW images is nowadays a well known method which makes it possible not only to visualize tissue changes already several minutes after the ischaemic attack but it can also differen¬ tiate the age of the ischaemia. Marked changes - a decline by as much as 40 % - were found in patients with phenylketonuria in areas typical by prolongation of T2. These changes are obviously associated with changes in the myelinization of white matter, but typical demyelinization is not necessarily involved, as suggested by normal NAA values assessed in these areas by MR spectroscopy. Also in patients with MS changes of ADC were found but their magnitude and direction (increase or decrease) depended on the size of the affected areas and probably on their age.
Úvod: V diagnostice idiopatického normotenzního hydrocefalu (iNPH) chybí spolehlivý nástroj. Perspektivu má magnetická rezonance (MR). Jednou z modalit MR je zobrazení difuzních tenzorů (DTI). Cílem bylo porovnat parametry DTI u pacientů před operací a po ní a u zdravých dobrovolníků. Metodika a materiál: Pacientům byla provedena MR mozku před operací a 1 rok po operaci. Dále byli vyšetřeni zdraví dobrovolníci. Parametry DTI (frakční anizotropie; FA; průměrná difuzivita; MD) byly měřeny v předním a zadním raménku capsula interna a v corpus callosum (ALIC, PLIC, CC). Do studie bylo zahrnuto 27 pacientů s iNPH a 24 zdravých dobrovolníků. Výsledky: U iNPH pacientů byla MD vyšší ve všech měřených oblastech než u zdravých dobrovolníků (p < 0,05). FA byla u pacientů vyšší jen v PLIC (p < 0,001). Jeden rok po operaci byl patrný pokles hodnoty FA v PLIC (p < 0,001). V jiných oblastech k poklesu FA či MD nedošlo. Hodnota FA v PLIC ani po operaci nedosáhla hodnot zdravých dobrovolníků (0,63 po operaci vs. 0,58 u kontrol). Závěr: Hodnota FA v PLIC je u pacientů s iNPH signifikantně vyšší než u zdravých. Po operaci klesá. Hodnoty MD byly vyšší v ALIC, PLIC i CC. Po operaci pokles nenastává, což odráží stupeň degenerace bílé hmoty u pacientů s iNPH.
Introduction: Idiopathic normal pressure hydrocephalus (iNPH) is a disease with many unanswered questions. General effort is to find a simple and non-invasive diagnostic tool. Magnetic resonance imaging (MRI) is a topic for intensive research. Diffusion tensor imaging (DTI) is one of the MRI modalities. This examination can detect microstructural changes of the cerebral white matter. The aim of this study was to compare the DTI parameters in iNPH patients before and after a surgery and with healthy volunteers. Material and methods: MRI was performed in patients before surgery and 1 year after. We also examined age-matched healthy volunteers. The DTI parameters (fractional anisotropy; FA and mean diffusivity; MD) were measured in the anterior and posterior limb of the internal capsule and in the corpus callosum (ALIC, PLIC, CC). Acquired data were statistically analysed. We enrolled 27 patients with iNPH and 24 healthy volunteers. Results: MD was higher in all measured regions comparing iNPH and healthy volunteers (p < 0.05). FA was higher in the PLIC only (p < 0.001). Comparing our data before surgery and one year after, we found significant decrease of FA in the PLIC (p < 0.001) but FA in this region did not reached the FA level in the healthy volunteers group (0.63 after the surgery vs. 0.58 in volunteers). No other significant change in FA or MD was noticed. Conclusion: This study proved, that the FA in the PLIC is significantly higher in iNPH patients than in healthy volunteers. After the surgery, FA decreased. MD values were significantly higher in iNPH patients in the ALIC, PLIC and CC with no decrease after the surgery. It reflects degeneration of the white matter in iNPH patients.
- MeSH
- capsula interna diagnostické zobrazování MeSH
- corpus callosum diagnostické zobrazování MeSH
- difuzní magnetická rezonance * MeSH
- intrakraniální tlak fyziologie MeSH
- lidé středního věku MeSH
- lidé MeSH
- normotenzní hydrocefalus * diagnostické zobrazování diagnóza chirurgie MeSH
- prospektivní studie MeSH
- senioři nad 80 let MeSH
- senioři MeSH
- ventrikuloperitoneální zkrat MeSH
- výsledek terapie MeSH
- zobrazování difuzních tenzorů * MeSH
- Check Tag
- lidé středního věku MeSH
- lidé MeSH
- mužské pohlaví MeSH
- senioři nad 80 let MeSH
- senioři MeSH
- ženské pohlaví MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Cíl. V práci je hodnocena vlastní zkušenost se zobrazováním gliových nádorů pomocí tenzorů difúze při vyšetření magnetickou rezonancí. Metoda. Bylo provedeno retrospektivní zhodnocení skupiny 24 nemocných s gliovými nádory. V souboru bylo zastoupeno osm nádorů gr. II, osm nádorů gr. Ill a osm nádorů gr. IV s histologicky stanovenou diagnózou. Všichni nemocní podstoupili zobrazení pomocí T2 vážených obrazů, mnohosměrných obrazů difuzního vážení (měřených v 60 nonkolineárních směrech) a TI vážených obrazů bez a po podání kontrastní látky. Použitá sekvence i programové vybavení využité k hodnocení je produktem Massachusetts General Hospital Corporation (Boston, USA, Ma). U všech nemocných byly vypočteny mapy frakční anizotropie (FA). Změny frakční anizotropie v bílé hmotě byly hodnoceny ve vlastní tkáni nádoru, na hranici nádoru a v normálně vypadající bílé hmotě v sousedství nádoru. Trojrozměrné modely traktů bílé hmoty byly využity k demonstraci prostorových vztahů nádoru s vnitřní kapsulou nebo kalózním tělesem, ke stopování traktů použito bylo prahu změny FA 0,25 a úhlu deklinace tenzoru 45 st. Hodnoceno bylo i sycení nádorové tkáně kontrastní látkou. Výsledky. Uniformní homogenní strukturu a ostré ohraničení bylo prokázáno u všech nádorů gr. II na FA mapách, široký lem intermediální FA byl u všech nádorů gr. II. Variabilní ohraničení se vyskytovalo na FA mapách u nádorů gr. IV. Pomocí hodnocení map FA bylo dosaženo senzitivity 81 % a specificity 87% pro rozlišení nízkostupňových a vysokostupňových gliálních nádorů. Pokud bylo sycení kontrastní látkou hodnoceno společně s mapami FA, bylo v souboru dosaženo 100% senzitivity i specificity. Závěr. I když pouhé hodnocení map FA není dostatečné pro hodnocení gradingu gliových nádorů, kombinace posouzení sycení kontrastní látkou a hodnocení map FA zvyšuje možnosti odlišení nízko- a vysoko stupňových gliomů. Trojrozměrné modely vláken bílé hmoty v kalózním tělese a vnitřní kapsule mohou být využity v předoperačním plánováni.
Aim. To evaluate the authors experience with the use of diffusion tensor magnetic resonance imaging (DTI) on patients with glial tumours. Methods. A retrospective evaluation of a group of 24 patients with glial tumours was performed. There were eight patients with grade II, eight patients with grade III and eight patients with grade IV tumours with a histologically proven diagnosis. All the patients underwent routine imaging including T2 weighted images, multidirectional diffusion weighted imaging (measured in 60 non-collinear directions) and Tl weighted non-enhanced and contrast enhanced images. The imaging sequence and evaluation software were produced by Massachusetts General Hospital Corporation (Boston, USA, Ma). Fractional anisotropy (FA) maps were calculated in all patients. The white matter FA changes were assessed within the tumourous tissue, on the tumourous borderline and in the normally appearing white matter adjacent to the tumour. A three-dimensional model of the white matter tract was created to demonstrate the space relationship of the tumour and the capsula interna or corpus callosum in each case using the following fibre tracing parameters: FA step 0.25 and a tensor declination angle of 45 gr. An additional assessment of the tumourous tissue enhancement was performed. Results. A uniform homogenous structure and sharp demargination of the grade II tumours and the wide rim of the intermedial FA in all grade III tumours respectively, were found during the evaluation of the FA maps. In grade IV tumours a variable demargination was noted on the FA maps. The sensitivity and specificity for the discrimination of low and high grade glial tumours using FA maps was revealed to be 81% and 87% respectively. If the evaluation of the contrast enhancement was combined with the evaluation of the FA maps, both sensitivity and specificity were 100%. Conclusion. Although the evaluation of the fractional anisotropy maps is not sufficient for glioma grading, the combination of the contrast enhancement pattern and fractional anisotropy maps evaluation improves the possibility of distinguishing low and high grade glial tumours. Three-dimensional models of the white matter fibres in the corpus callosum and the internal capsule may be used in the presurgical planning.
- MeSH
- anizotropie MeSH
- astrocytom diagnóza MeSH
- difuzní magnetická rezonance metody využití MeSH
- lidé MeSH
- magnetická rezonanční tomografie metody využití MeSH
- nádory mozku diagnóza patologie MeSH
- počítačové zpracování obrazu metody využití MeSH
- senzitivita a specificita MeSH
- staging nádorů metody využití MeSH
- zobrazování trojrozměrné metody využití MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
Cíl: Difuzně vážené obrazy jsou užitečnou sekvencí, která pomáhá k určování povahy patologií nalezených na klasických sekvencích magnetické rezonance při vyšetřování onkologických pacientů. Cílem této práce bylo jednak srovnat výsledky vyšetření na T1 vážených a STIR sekvencích a DWIBS, druhým cílem bylo srovnat poměry signálu ložisek s korelátem na T1 TSE + STIR a referenčních míst na DWIBS vůči parenchymatózním orgánům dutiny břišní a retroperitonea. Metodika: Hodnocena byla vyšetření provedená celotělovým protokolem na přístroji Philips Achieva 1,5T Celkem bylo do souboru zahrnuto 106 pacientů s diagnózou mnohočetného myelomu či monoklonální gamapatie nejasného významu. Srovnáván byl počet postižených oblastí na T1 vážených a STIR sekvencích a DWIBS. Pacienti byli dále rozdělení do dvou skupin: první skupina pacientů s negativním nálezem na T1 vážených a STIR obrazech a druhá s jasným patologickým signálem na těchto sekvencích. V případě první skupiny byl porovnáván signál signál z pravé lopaty kyčelní a pátého bederního obratle vůči signálu ledviny, sleziny a jater, ve druhé skupině signál v místě ložiska či infiltrátu vůči signálu těchto orgánů. Sumarizace počtu a rozdílu postižených oblastí na T1 TSE + STIR a DWIBS obrazech a hodnot signálu při poměru vůči jednotlivým parenchymatózním orgánům při hodnocení DWIBS byla provedena pomocí standardních popisných statistik: průměru, směrodatné odchylky, mediánu, minima a maxima. Současná pozitivita/negativita vyšetření mnohočetného myelomu/MGUS byla hodnocena pomocí McNemarova testu. Hodnocení rozdílu v počtu postižených oblasti bylo provedeno pomocí Wilcoxonova párového testu. Rozdíl v hodnotách poměrů signálů mezi dvojicemi skupin pacientů byl hodnocen pomocí neparametrického Mannova-Whitneyho testu. Výsledky: Při srovnání výsledků vyšetření T1 vážených a STIR obrazů a DWIBS je citlivějším vyšetřením DWIBS, který identifikuje více nebo stejně postižených oblastí (Wilcoxonův párový test, p < 0,001). Při hodnocení difuzně vážených obrazů a poměrů signálů vůči játrům, ledvině a slezině jsou rozdíly těchto poměrů naměřené u míst restrikce signálu s korelátem na T1 vážených obrazech a STIR a poměrů signálu při měření referenčních míst (bez korelátu na těchto sekvencích) vysoce statisticky významné (p < 0,001). Závěr: Difuzně vážené obrazy prokazují oproti T1 váženým obrazům a STIR vyšší senzitivitu jak zvýšit i specificitu by mohlo být i počítání poměru signálu v místě restrikce difúze vůči některému parenchymatóznímu orgánu dutiny břišní a retroperitonea.
Aim: Diffusion-weighted imaging is auseful sequence, which helps to determine the nature of pathology found on T1 and T2 weighted images in examination of oncologic patients. We compared T1 weighted and STIR images with diffusion weigted whole body imaging (DWIBS). We also tested possibility of DWIBS quantification. Method: Data from studies made between May 2007 and October 2012 with the whole-body protocol on a device Philips Achieva 1,5T were analysed retrospectively and 106 patients with multiple myeloma or monoclonal gamapathy of unknown significance (MGUS) were included. We compared the number of lesions found on T1 weighted and STIR images and DWIBS. Patients were then divided into two groups- the first group of patients with negative findings on T1-weighted and STIR images, and the other with a no pathological signal on these sequences. In the first group we compared signal intensity from the right hip and fifth lumbar vertebra to the signal intensity of kidney, spleen and liver, in the second group a signal intensity of leasions to signal intensity of these organs. An arithmetic mean, standard deviation, median, minimum, maximum and McNe-mar and Wilcoxon tests were used to identify characteristics and differences between T1 weighted and STIR images and DWIBS. Mann-Whitney test was used to identify differences of signal ratio in DWIBS between reference group and group with lesions. Results: The analysis of T1 wighted imaging + STIR and DWIBS examinations showed that DWIBS is more sensitive (Wilcoxon test, p < 0.001). In evaluation of signal ratio to liver, kidney and spleen, there was significant difference between reference group and group with lesions on T1 weighted imaging and STIR (p < 0.001). Conclusion: DWIBS is more sensitive than T1 weighted imaging and STIR images, one of possible ways to reach higher specificity could be comparison of the signal ratio to liver, kidney or spleen.
To meet the need for Parkinson's disease biomarkers and evidence for amount and distribution of pathological changes, MRI diffusion tensor imaging (DTI) has been explored in a number of previous studies. However, conflicting results warrant further investigations. As tissue microstructure, particularly of the grey matter, is heterogeneous, a more precise diffusion model may benefit tissue characterization. The purpose of this study was to analyze the diffusion-based imaging technique restriction spectrum imaging (RSI) and DTI, and their ability to detect microstructural changes within brain regions associated with motor function in Parkinson's disease. Diffusion weighted (DW) MR images of a total of 100 individuals, (46 Parkinson's disease patients and 54 healthy controls) were collected using b-values of 0-4000s/mm2. Output diffusion-based maps were estimated based on the RSI-model combining the full set of DW-images (Cellular Index (CI), Neurite Density (ND)) and DTI-model combining b = 0 and b = 1000 s/mm2 (fractional anisotropy (FA), Axial-, Mean- and Radial diffusivity (AD, MD, RD)). All parametric maps were analyzed in a voxel-wise group analysis, with focus on typical brain regions associated with Parkinson's disease pathology. CI, ND and DTI diffusivity metrics (AD, MD, RD) demonstrated the ability to differentiate between groups, with strongest performance within the thalamus, prone to pathology in Parkinson's disease. Our results indicate that RSI may improve the predictive power of diffusion-based MRI, and provide additional information when combined with the standard diffusivity measurements. In the absence of major atrophy, diffusion techniques may reveal microstructural pathology. Our results suggest that protocols for MRI diffusion imaging may be adapted to more sensitive detection of pathology at different sites of the central nervous system.
- MeSH
- degenerace nervu diagnóza diagnostické zobrazování patologie MeSH
- diagnostické zobrazování * MeSH
- difuzní magnetická rezonance MeSH
- dospělí MeSH
- lidé středního věku MeSH
- lidé MeSH
- mozkový kmen diagnostické zobrazování patologie MeSH
- Parkinsonova nemoc diagnóza diagnostické zobrazování patologie MeSH
- šedá hmota diagnostické zobrazování patologie MeSH
- senioři nad 80 let MeSH
- senioři MeSH
- substantia nigra diagnostické zobrazování patologie MeSH
- thalamus diagnostické zobrazování patologie MeSH
- zobrazování difuzních tenzorů * MeSH
- Check Tag
- dospělí MeSH
- lidé středního věku MeSH
- lidé MeSH
- mužské pohlaví MeSH
- senioři nad 80 let MeSH
- senioři MeSH
- ženské pohlaví MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
Cílem sdělení je prezentace současného přístupu k diagnostice karcinomu prostaty pomocí magnetické rezonance, resp. pomocí difuzně váženého obrazu - DWI. DWI je jako jedna z hlavních pilířů PI-RADS systému hodnocení rizika přítomnosti karcinomu prostaty sekvence dostupná, nativní a při optimalizovaném nastavení parametrů i minimálně zatěžující technikou vyšetření. Její standardní i pokročilé nastavení a provedení má vysokou diagnostickou výtěžnost. Provedení kvantifikace a tím určitá míra objektivizace mohou dále přínos metody zvýšit. Další výzvou techniky je bezesporu využití dalších hodnot difuzního faktoru - ať už v hodnotách velmi nízkých, nebo naopak v hodnotách vysokých, což může do budoucna vést k rutinnímu zavedení dalších parametrů hodnocení difuze do klinické praxe. Tyto mohou pomoci posoudit míru agresivity tumoru prostaty, změnu jeho agresivity u pacientů v aktivní sledování a také posoudit riziko extrakapsulární extenze.
The article presents the current approach to diagnosing prostate cancer using magnetic resonance imaging by diffusion-weighted DWI. DWI is one of the main pillars of the PI-RADS system for assessing the risk of prostate cancer. This sequence is an available, native and, with optimized parameter setting, minimally burdensome examination technique. Its standard and advanced settings and design have a high diagnostic yield. Performing quantification and thus a certain degree of objectification can further increase the benefit of the method. Another challenge of the technique is undoubtedly the use of other values of diffusion factor, either in very low or high values. This technique may lead to the routine using of other diffusion evaluation parameters in clinical practice. It could help assess the degree of prostate tumour aggression and estimate development of aggressiveness and risk of extracapsular extension.
[1st ed.] XII, 229 s. : il.
The aim of this study was to investigate whether white matter changes as measured by diffusion tensor imaging (DTI) can help differentiate shunt-responsive idiopathic normal pressure hydrocephalus (iNPH) patients from patients with other causes of gait disturbances and/or cognitive decline with ventriculomegaly whose clinical symptoms do not improve significantly after cerebrospinal fluid derivation (non-iNPH). Between 2017 and 2022, 85 patients with probable iNPH underwent prospective preoperative magnetic resonance imaging (MRI) and comprehensive clinical workup. Patients with clinical symptoms of iNPH, positive result on lumbar infusion test, and gait improvement after 120-h lumbar drainage were diagnosed with iNPH and underwent shunt-placement surgery. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) values for individual regions of interest were extracted from preoperative MRI, using the TBSS pipeline of FSL toolkit. These FA and MD values were then compared to results of clinical workup and established diagnosis of iNPH. An identical MRI protocol was performed on 13 age- and sex-matched healthy volunteers. Statistically significant differences in FA values of several white matter structures were found not only between iNPH patients and healthy controls but also between iNPH and non-iNPH patients. ROI that showed best diagnostic ability when differentiating iNPH among probable iNPH cohort was uncinate fasciculus, with AUC of 0.74 (p < 0.001). DTI methods of white matter analysis using standardised methods of ROI extraction can help in differentiation of iNPH patients not only from healthy patients but also from patients with other causes of gait disturbances with cognitive decline and ventriculomegaly.
