MR traktografie a její využití při neuronavigačních operačních výkonech

Abstract

Lidský mozek se skládá z více než 100 miliard neuronů a je beze sporů nejkomplexnější strukturou v našem těle. V současné době existuje celá řada zobrazovacích metod umožňujících charakteristiku jeho struktury a dokonce i funkce. Ačkoliv konvenční techniky zobrazování pomocí magnetické rezonance (MR) hrají hlavní roli při běžném vyšetření kortikálních i subkortikálních struktur mozku, přesto tyto techniky postrádají možnost přínosu informace o mikrostruktuře mozkové tkáně. Tento problém lze řešit pomoci MR techniky difuzně váženého zobrazení (diffusion weighted imaging - DWI), která umožňuje zobrazení difuze molekul vody ve tkáni a poskytuje tak cenné informace o nehomogenní mikroarchitektuře mozkových struktur. Metoda zobrazení tenzorů difuze (diffusion tensor imaging - DTI) a další zpracování obrazových dat umožňují podrobnější hodnocení integrity vláken bílé hmoty mozku a rekonstrukci jednotlivých mozkových drah. Zobrazení mozku pomocí magnetické rezonance patří mezi nezbytná vyšetření před plánováním resekčního neurochirurgického výkonu. Možnost modelace kortikospinální dráhy a jejího vztahu k zobrazovanému nádoru je velmi důležitá nejen pro předoperační rozvahu, ale lze ji využít přímo při výkonu v rámci neuronavigace. Účelem je zcela zamezit, nebo omezit poškození kortikospinální dráhy při neurochirurgických výkonech. V následujících částech této teoretické práce jsou popsány nejdříve vědecké podklady difuze a dále její použití v MR zobrazování, včetně praktického využití v neurochirurgii a neuronavigaci. Zohledněna je i úloha radiologického asistenta v praktické aplikaci těchto metod, která spočívá především ve vhodném plánování a provedení MR vyšetření. Je vhodné zmínit se o důležitosti spolupráce radiologického asistenta s lékařem radiologem ohledně zvolení jednotlivých parametrů difuzně vážené sekvence. Samozřejmostí je dobrá komunikace s pacientem a snaha o omezení vzniku pohybových artefaktů, vůči kterým jsou difuzně vážené sekvence obzvláště citlivé. Vzhledem k tomu, že toto téma nebylo dosud komplexněji zpracované v českém jazyce a většina zdrojových materiálu je k dispozici v anglojazyčné literatuře, cílem této teoretické III bakalářské práce je podat ucelený pohled na zkoumanou problematiku se zaměřením na postupné vysvětlení jednotlivých problémů. Metodika této práce je spojena s přeanalyzováním velkého množství odborné literatury, především anglojazyčné a i v případě použití českých zdrojů se jedná o pokus reinterpretace a seřazení jednotlivých informací dle níže uvedeného klíče. Před samotným vysvětlením principů traktografie je nejdříve uvedeno podrobnější vysvětlení techniky zobrazení tenzoru difuze DTI, včetně matematických konceptů (matice tenzoru, elipsoid) a odvozených veličin (frakční anizotropie, střední difuzivita, podélná a radiální difuzivita). Vysvětlen je i základní princip vzniku difuzně vážených obrazů, spočívající v aplikaci difuzních gradientů do MR pulzní sekvence. K lepšímu pochopení této metody jsou nejdříve zohledněny podklady techniky DWI techniky difuzně váženého zobrazení a její praktického využití v každodenní radiologické a klinické praxi. Difuzně vážené zobrazení lze obecně využít buď k charakterizaci patologických procesů v mozkové tkání, v diferenciální diagnostice, anebo ke kvantifikaci stupně postižení. Technika DTI rovněž nachází řádu klinických uplatnění, které lze jednoduše rozdělit do dvou základních skupin. Do první skupiny patří především vědecky orientované studie zaměřené na detekci mikrostrukturálních abnormalit bílé hmoty mozkové. Druhá skupina zahrnuje praktické aplikování DTI techniky v neurochirurgii a neuronavigaci v rámci předoperačního vyšetření pacientů. V další části této práce jsou popsány zvlášť deterministické a probabilistické techniky traktografie včetně jejich limitací.