Grundlagen und Technik der diffusionsgewichteten MR‑Bildgebung und der Diffusions‑Tensor‑Bildgebung

Wassermoleküle im Gewebe sind aufgrund ihrer Wärmeenergie in ständiger regelloser Bewegung, die als Diffusion bezeichnet wird. Pathologisch veränderte Gewebe (z. B. Ischämie, Entzündung oder Neoplasien) weisen eine gegenüber dem Normalzustand veränderte Wasserdiffusion auf. Durch Einsatz diffusionsgewichteter MR-Bildgebung („diffusion-weighted imaging“, DWI) ist es möglich, die lokale Stärke und Vorzugsrichtung der Diffusionsbewegung für jedes Bildelement zu messen und somit diagnostische Gewebeinformationen zu erhalten, die über die Darstellung der Morphologie hinausgehen.

Diffusionsgewichtete MR-Sequenzen basieren auf der sehr schnellen, aber auch artefaktanfälligen Echo-planar-imaging(EPI)-Technik. Mithilfe spezieller starker Magnetfeldgradientenpulse wird das MR-Signal empfindlich für mikroskopische Bewegungen der Wassermoleküle. Dadurch ergibt sich ein eigener Bildkontrast, zusätzlich zu T1 und T2. Lokale Abweichungen der Diffusionsstärke vom Normwert weisen auf pathologische Prozesse hin. DWI-Sequenzen erlauben die Messung der Diffusion entlang beliebiger Achsen, in der klinischen Routine werden jedoch meist nur richtungsgemittelte DWI-Bilder („trace map“) verwendet. „Diffusion tensor imaging“ (DTI) stellt eine Erweiterung der DWI dar, welche gezielt die Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) der Diffusion untersucht, um zusätzliche Informationen über die Mikrostruktur des Gewebes zu gewinnen.

Die diffusionsgewichtete MR-Bildgebung ist ein etabliertes Verfahren zur Einschätzung krankhafter Gewebeprozesse. Die Hauptanwendung besteht in der Schlaganfalldiagnostik. Zunehmend wird die DWI aber auch zur Detektion und Charakterisierung verschiedenartiger Raumforderungen sowohl im Gehirn als auch extrakraniell eingesetzt. Moderne Sequenztechniken haben dabei zu einer erheblichen Verringerung von Bildartefakten geführt. Mithilfe der DTI kann man darüber hinaus die Faserstruktur des Gewebes rekonstruieren und dreidimensional visualisieren. Die klinische Bedeutung der DTI liegt v. a. in der Darstellung der Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark im Rahmen der Operations- und Bestrahlungsplanung.