Diffusions-Tensor-Bildgebung
Definition
Die Diffusions-Tensor-Bildgebung, kurz DTI, ist ein spezielles Verfahren der Magnetresonanztomographie (MRT), mit dem die Diffusion von Wassermolekülen im Gewebe gemessen wird. Sie ermöglicht Rückschlüsse auf die Mikrostruktur, insbesondere auf die Orientierung und Integrität von Nervenfasern in der weißen Substanz des Gehirns.
Technik
Die DTI basiert auf der diffusionsgewichteten MRT. Durch das Anlegen von Gradientenfeldern in verschiedenen Raumrichtungen wird die Beweglichkeit von Wassermolekülen gemessen. Diese ist in biologischem Gewebe typischerweise anisotrop, d.h. richtungsabhängig, da sie von der Gewebeorganisation beeinflusst wird. Aus den Messwerten lässt sich für jedes Voxel ein Diffusionstensor berechnen – eine symmetrische Matrix, die die Richtungsabhängigkeit der Diffusion beschreibt.
Wichtige Kenngrößen sind:
- Fraktionale Anisotropie (FA): Maß für die Richtungstreue der Diffusion
- Mean Diffusivity (MD): Maß für das Gesamtausmaß der Diffusion
Zur Berechnung des Diffusionstensors werden mindestens sechs unterschiedliche Gradientenrichtungen benötigt.
Bei komplexen Faserarchitekturen kommen Verfahren mit höherer Winkelauflösung zum Einsatz, etwa:
Anwendung
Die DTI wird hauptsächlich zur Darstellung und quantitativen Analyse der weißen Substanz des Gehirns verwendet. Mit der sogenannten Traktografie lassen sich Faserbahnen dreidimensional rekonstruieren, was insbesondere in der präoperativen neurochirurgischen Planung relevant ist. Darüber hinaus dient DTI in der Forschung und Diagnostik zur Beurteilung mikrostruktureller Veränderungen bei:
- neurodegenerativen Erkrankungen (z. B. Alzheimer-Krankheit, Multiple Sklerose)
- traumatischen Hirnverletzungen
- zerebralen Tumoren
- Schlaganfällen
- Entwicklungsstörungen des Nervensystems
Klinische Bedeutung
Die DTI ermöglicht die Darstellung von strukturellen Verbindungen, die mit konventionellen MRT-Techniken nicht erfassbar sind. Besonders in der Neurochirurgie kann die Kenntnis der Faserverläufe helfen, das Risiko funktioneller Defizite bei Tumorresektionen zu reduzieren. In der Forschung dienen DTI-Parameter als Biomarker für mikrostrukturelle Veränderungen – z. B. bei Verlaufsstudien oder Konnektivitätsanalysen.
Vorteile
- Nicht-invasives Verfahren, ohne ionisierende Strahlung
- Hohe Sensitivität für mikrostrukturelle Veränderungen
- Ermöglicht dreidimensionale Faserrekonstruktion
Einschränkungen
- Lange Messzeiten, anfällig für Bewegungsartefakte
- Begrenzte Aussagekraft in Regionen mit sich kreuzenden Faserverläufen
- Hoher Aufwand bei Datenverarbeitung und Nachbearbeitung
- Ergebnisse sind stark abhängig von der Bildqualität
Kontraindikationen
Spezifische Risiken, die über die der MRT hinausgehen, bestehen nicht. Die Kontraindikationen entsprechen denen der konventionellen Magnetresonanztomographie (z. B. nicht-MRT-taugliche Implantate, Klaustrophobie).
Quellen
- Ranzenberger et al. Diffusion Tensor Imaging. In: StatPearls [Internet]. National Center for Biotechnology Information. 2023
- Soares et al. A hitchhiker's guide to diffusion tensor imaging. Front Neurosci. 2013;7:31. 2013
- Mori und van Zijl. Fiber tracking: principles and strategies - a technical review. NMR Biomed. 2002;15(7-8):468-480. 2002