Imagem ponderada por difusão

Diffusion-weighted imaging (DWI) é uma forma de imagem de RM baseada na medição do movimento aleatório Browniano de moléculas de água dentro de um voxel de tecido. Em termos gerais simplificados, os tecidos altamente celulares ou com inchaço celular apresentam coeficientes de difusão mais baixos. A difusão é particularmente útil na caracterização de tumores e isquemia cerebral.

Terminologia

Existe uma grande confusão na forma como os clínicos e radiologistas se referem à restrição de difusão, parecendo ambos os grupos muitas vezes não compreenderem realmente a que se referem.

O primeiro problema é que o termo “imagem ponderada pela difusão” é usado para denotar uma série de coisas diferentes:

• mapa de difusão isotrópica (aquilo a que a maioria dos radiologistas e clínicos se referirá como DWI)
• a sequência de impulsos que resulta na geração das várias imagens (por exemplo mapa isotrópico, b=0, ADC)
• um termo mais geral para englobar todas as técnicas de difusão, incluindo a imagem tensora de difusão

Adicionalmente, também existe confusão em como se referir a difusão restrita anormal. Isto deriva em grande parte da popularização inicial do DWI em AVC, que apresentava tecido infartado como alto sinal em mapas isotrópicos e descrevia-o meramente como “difusão restrita”, implicando que o resto do cérebro não demonstrou difusão restrita, o que não é claramente verdade. Infelizmente, esta taquigrafia é apelativa e está mais difundida do que a utilização do mais exacto mas mais desajeitado “difusão demonstra maior restrição do que seria de esperar para este tecido”

Para piorar a situação, muitos não estão conscientes do conceito de T2, uma causa de alto sinal artefactual nos mapas isotrópicos, ou interpretam-no como uma característica binária com contribuição T2 para o sinal, quer presente quer ausente, quando na realidade há sempre um componente T2 mesmo para regiões com verdadeira restrição de difusão T2.

Uma forma muito mais segura e precisa de se referir à restrição de difusão é lembrar que estamos a referir-nos a valores reais de coeficiente de difusão aparente (CDA), e usar expressões como “a região demonstra valores anormalmente baixos de CDA (restrição de difusão anormal)” ou mesmo “o sinal elevado em imagens isotrópicas (DWI) é confirmado pelos mapas de CDA para representar uma difusão anormalmente restrita”.

Física

Como a difusão essencialmente livre da água mantida dentro de um recipiente, a difusão da água dentro do tecido cerebral, por exemplo, é dificultada principalmente pelos limites da membrana celular. As características globais de difusão de um único volume representam a difusão combinada de água em vários compartimentos:

• difusão no interior do fluido intracelular
  • no citoplasma em geral
  • no interior das organelas

li>difusão no interior do fluido extracelular

• fluído inercial
• fluído intracelular

fluído intracelularfluído intracelularfluído intracelularfluído intracelularfluído intracelularfluído intracelularfluído intracelular fluído intracelular fluído intracelular fluído intracelularg. ventrículos do cérebro/li>

• difusão entre compartimentos intra e extracelulares

A contribuição de cada um destes dependerá do tecido e da patologia. Por exemplo, no enfarte cerebral agudo acredita-se que a diminuição dos valores de ADC é o resultado de uma combinação de água em movimento para o compartimento intracelular (onde a sua difusão é mais dificultada pelas organelas do que no espaço extracelular) e o inchaço celular resultante a estreitar o espaço extracelular 6. Mecanismos semelhantes resultam em baixos valores de ADC em tumores altamente celulares (por exemplo, pequenos tumores de células azuis redondas (por exemplo, linfoma/PNET) e gliomas de alto grau (GBM)).

Quanto mais uma molécula individual de água se difunde durante a sequência, mais será exposta a uma força de gradiente variável e mais será desfasada reduzindo a quantidade de sinal devolvido. Isto ocorre a uma escala muito menor do que um único voxel. A força deste efeito (por outras palavras, quanto o sinal será atenuado pela difusão) é determinada pelo valor b.

Aplicação clínica

A imagem ponderada pela difusão tem um papel importante nas seguintes situações clínicas 3-5:

• identificação precoce do AVC isquémico
• diferenciação de AVC agudo a partir de AVC crónico
• diferenciação de AVC agudo a partir de outras mímicas de AVC
• diferenciação do cisto epidermoidal de um cisto aracnóide

diferenciação do abcesso de tumores necróticos

• avaliação das lesões corticais em Creutzfeldt-Doença de Jakob (CJD)

li>diferenciação da encefalite por herpes dos gliomas temporais difusosli>avaliação da extensão da lesão axonal difusa li>graduação dos gliomas difusos e meningiomas avaliação dos activos desmielinização

• classificação das lesões da próstata (ver PIRADS)
• diferenciação entre colesteatoma e otite média 9

Sequência de RMN

Foram desenvolvidas várias técnicas para gerar mapas de difusão. De longe, a técnica mais comummente utilizada baseia-se numa sequência eco-echo-planar (SE-EPI), embora também estejam disponíveis técnicas não-EPI (por exemplo, turbo-echo spin-echo) e são particularmente úteis quando o tecido é adjacente ou dentro do osso onde os efeitos T2* causam artefactos, distorção e perda de sinal nas sequências EPI 7,8.

Princípio geral da imagem ponderada por difusão

A ideia fundamental por detrás da imagem ponderada por difusão é a atenuação do sinal T2* com base na facilidade com que as moléculas de água são capazes de se difundir naquela região. Quanto mais facilmente a água puder difundir (ou seja, quanto mais longe uma molécula de água se puder mover durante a sequência), menos sinal inicial de T2* permanecerá. Por exemplo, a água dentro do líquido cefalorraquidiano (LCR) pode difundir-se muito facilmente, pelo que resta muito pouco sinal e os ventrículos parecem negros. Em contraste, a água dentro do parênquima cerebral não pode mover-se tão facilmente devido às membranas celulares que se atravessam no caminho e, portanto, o sinal T2* inicial do cérebro é apenas um pouco atenuado. Uma consequência importante disto é que se uma região do cérebro tem sinal T2* zero, não pode, independentemente das características de difusão desse tecido, mostrar sinal em imagens isotrópicas ponderadas por difusão.

A forma como a informação de difusão é extraída do tecido é primeiro obter uma imagem ponderada em T2* sem atenuação da difusão. Isto é conhecido como a imagem b=0.

P>Próximo, a facilidade com que a água pode difundir é avaliada em várias direcções; o mínimo é 3 direcções ortogonais (X, Y e Z) e usaremos isto para o resto desta explicação.

Isto é feito através da aplicação de um forte gradiente simétrico em ambos os lados do pulso de 180 graus. O grau de ponderação da difusão depende principalmente da área sob os gradientes de difusão (que por sua vez está relacionada com a amplitude e duração do gradiente) e do intervalo entre os gradientes. A combinação destes factores gera o valor b. Quanto maior for o número, mais pronunciada é a atenuação do sinal relacionado com a difusão.

As moléculas de água estacionária adquirem informação de fase através da aplicação do primeiro gradiente. Após o impulso de 180 graus, porém, são expostas exactamente ao mesmo gradiente (porque não mudaram de local), o que anula todos os efeitos do primeiro (desde que inverteram 180 graus). Assim, no momento em que o eco é gerado retiveram o seu sinal.

Movendo moléculas de água, por outro lado, adquirem informação de fase pelo primeiro gradiente, mas à medida que se movem quando são expostas ao segundo gradiente, não estão no mesmo local e, portanto, não são expostas precisamente ao mesmo gradiente após o pulso de 180 graus. Assim, não são refaseadas e perdem parte do seu sinal. Quanto mais longe forem capazes de se moverem, menos êxito terão na refrafia e menos sinal restará.

Geração de mapas isotrópicos DWI e ADC

O processo acima mencionado gera quatro conjuntos de imagens: uma imagem T2* b=0 e três imagens ponderadas pela difusão (uma para cada direcção X, Y e Z) com o sinal T2* atenuado de acordo com a facilidade com que a água se pode difundir nessa direcção.

Estas imagens podem então ser combinadas aritmeticamente para gerar mapas sem informação direccional (isotrópicos): imagens isotrópicas ponderadas por difusão (aquilo a que normalmente chamamos mapas DWI) e mapas ADC.

Para gerar os mapas DWI isotrópicos, calcula-se a média geométrica das imagens específicas da direcção.

O mapa ADC, em contraste, está relacionado com o logaritmo natural (ln) do DWI isotrópico dividido pelo sinal inicial T2* (b=0). Estes podem ser calculados directamente a partir das imagens isotrópicas DWI ou encontrando a média aritmética dos valores ADC gerados a partir de cada mapa de difusão direccional.

Veja também

• valores de ADC
• coeficiente de difusão aparente
• difusão tensora de imagem
• ressonância magnética ponderada de difusão no curso agudo
• difusão restrita nos gânglios basais
• lesões intracranianas que mostram difusão restrita