MRI
Cộng hưởng từ khuếch tán và ứng dụng trong bệnh lý sọ não(09/01/2011)

Tóm tắt
Hình ảnh cộng hưởng từ khuếch tán (CHTKT) là một trong các kỹ thuật mới của cộng hưởng từ, hiện đang được sử dụng phổ biến đối với các bệnh lý sọ não. Stejskal và Tanner dã giới thiệu chuỗi xung CHTKT rất sớm vào năm 1965. CHTKT cung cấp thông tin về khả năng sống của mô não. Tương phản hình ảnh dựa trên sự chuyển động của phân tử nước; khác với kỹ thuật CHT thường qui. CHTKT có nhiều ứng dụng. CHTKT là kỹ thuật tốt nhất trong chẩn đoán nhồi máu não giai đoạn sớm, điều này rất khó đối với  CT và CHT thường qui. CHTKT chẩn đoán phân biệt nhồi máu mới và cũ cũng như các bệnh lý giống đột quị. Đối với u não, CHTKT phân biệt giữa u và phù quanh u, giữa nang màng nhện và nang dạng bì. Đặc điểm hình ảnh của áp-xe trên CHTKT có thể dùng chẩn đoán phân biệt với u hoại tử. Trong chấn thương, CHTKT có vai trò trong xác định mức độ lan rộng, hồi phục của tổn thương cũng như tiên lượng xa. Ngoài ra, CHTKT còn có giá trị lớn trong chẩn đoán các bệnh lý khác của não như nhiễm trùng, bệnh lý myelin… CHTKT là chuỗi xung thường qui trong khảo sát bệnh lý sọ não tại bệnh viện Chợ Rẫy. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày khái quát nguyên lý tạo hình cơ bản vài ứng dụng lâm sàng của DWI trong lĩnh vực hình ảnh học thần kinh sọ não.

Đại cương

Hình ảnh cộng hưởng từ khuếch tán (CHTKT) là một trong các kỹ thuật mới của cộng hưởng từ, hiện đang được sử dụng phổ biến đối với các bệnh lý sọ não. Đây là chuỗi xung thường qui trong khảo sát bệnh lý sọ não tại bệnh viện Chợ Rẫy, đặc biệt các trường hợp đột quị cấp. Tương phản hình ảnh ở CHTKT chủ yếu do sự dịch chuyển các phân tử nước, được khảo sát nhờ các chuỗi xung nhanh. Kỹ thuật được áp dụng lâm sàng vào khoảng thập niên 1990, chủ yếu khảo sát bệnh lý thần kinh sọ não. CHTKT rất có giá trị trong chẩn đoán nhồi máu cấp tính, phân biệt nhồi máu và các quá trình bệnh lý khác. Ngoài ra CHTKT còn cung cấp nhiều thông tin trong bệnh lý u, chấn thương, nhiễm trùng, bệnh lý myelin. Bài viết giới thiệu nguyên lý tạo hình của kỹ thuật CHTKT và các ứng dụng kỹ thuật trong bệnh lý sọ não.
Nguyên lý kỹ thuật
Stejskal và Tanner là hai tác giả đã giới thiệu các chuỗi xung khảo sát CHTKT vào 1965. Các tác giả sử dụng chuỗi xung T2SE kết hợp hai xung GRE cùng độ lớn nhưng ngược hướng. Điều này cho phép đo được chuyển động phân tử nước theo hướng nào đó trong khoảng thời gian nhất định. Các phân tử nước di chuyển giữa hai vị trí khảo sát sẽ khác nhau về cường độ do đó không bị triệt tiêu. Các phân tử nước không di chuyển sẽ bị mất tín hiệu do triệt tiêu lẫn nhau. Các phân tử nước di chuyển càng nhanh, các proton càng mất pha nhanh. Sự mất pha do di chuyển liên quan với tốc độ khuếch tán của proton. Do đó, cường độ tín hiệu của khối thể tích mô chứa các proton di chuyển bằng cường độ tín hiệu trên T2W đã bị suy giảm do tốc độ khuếch tán. Cường độ tín hiệu của mô có chứa proton di chuyển được tính theo công thức: SI=SIo X e-(bxD). Trong đó, SIo là cường độ tín hiệu trên T2W, b là thừa số về độ nhạy khuếch tán, D là hệ số khuếch tán. Theo định luật Fick, sự khuếch tán của các phân tử là do độ chênh nồng độ. Tuy nhiên trên cộng hưởng từ, không thể phân biệt giữa các chuyển động phân tử do độ chênh nồng độ hay độ chênh áp lực, nhiệt và tương tác giữa các i-on. Cộng hưởng từ cũng khó hiệu chỉnh khác biệt các phần thể tích cũng như chuyển động ngoằn ngoèo của các proton. Do đó, trên CHTKT thật sự chỉ có hệ số khuếch tán biểu kiến (ADC) là được tính toán. Cường độ tín hiệu của CHTKT được thể hiện bằng phương trình sau: SI = SIo X  e-(bxADC). Các chuỗi xung khảo sát CHTKT là echo planar SET2W, single shot GRE-SE, single shot fast GRE-SE. Các chuỗi xung này giảm thời gian khảo sát CHTKT rất nhiều, giúp CHTKT thực hiện dễ dàng hơn.
  Sự khuếch tán của các phân tử nước ở não là hiện tượng không đồng hướng-nghĩa là có sự khác nhau giữa các hướng. Sự không đồng hướng này do nhiều nguyên nhân như cấu trúc não, sự myelin hóa, hướng và dòng chảy theo sợi trục, dòng chảy nội hoặc ngoại bào, dòng chảy mao mạch…Tính chất khuếch tán không đẳng hướng của proton ở não có thể đánh giá được bằng cách so sánh các hình ảnh khuếch tán ở ba hướng vuông góc nhau. Các thành phần ở ba hướng vuông góc nhau này cho thông tin về độ lớn của hệ số khuếch tán. Các thành phần không nằm trên các hướng vuông góc cho các thông tin về tương tác giữa các hướng. Để tạo hình ảnh chỉ biểu hiện ADC cần  kết hợp ít nhất ba hình ảnh. Cách đơn giản là kết hợp ba hình ở các hướng vuông góc nhau để tạo hình khuếch tán. Hình khuếch tán này bao gồm tính chất hình T2W và khác biệt do ADC. Loại trừ tính chất T2W trên hình khuếch tán bằng cách tách hình với b=0 giây/mm2, để có hình trung gian, hình này dùng tạo ra bản đồ ADC. Các hình T2W, khuếch tán, ADC đều dùng để phân tích hình ảnh trong CHTKT(1,5).

Các ứng dụng lâm sàng sọ não


Nhồi máu não

Trên CT, dấu hiệu nhồi máu não cấp, giai đoạn sớm (trước 6 giờ) rất kín đáo và khó phát hiện. Cộng hưởng từ thường qui phát hiện khoảng 50% trường hợp nhồi máu giai đoạn này. Phần lớn dựa vào các thay đổi hình thái, thay đổi tín hiệu ở giai đoạn này ít rõ. Giai đoạn này, CHTKT có thể phát hiện bất thường về tín hiệu do có sự hạn chế chuyển động của proton hydro. Thiếu máu gây tổn thương màng tế bào, rối loạn chuyển hóa, các bơm trao đổi i-on từ đó gây dịch chuyển nước từ ngoại bào vào nội bào, gây rối loạn quá trình khuếch tán của proton hydro. CHTKT là kỹ thuật tốt nhất để phát hiện nhồi máu giai đoạn sớm này.
Các thay đổi tín hiệu trên CHTKT tùy vào thời gian. Ở giai đoạn sớm có giảm tín hiệu trên ADC và tăng trên hình khuếch tán. Sau khoảng 1-4 tuần, ADC trở về bình thường và hình khuếch tán còn tăng nhẹ. Sau giai đoạn này, ADC trở nên tăng tín hiệu và hình khuếch tán có thể đồng, giảm hoặc tăng tín hiệu. Diễn tiến của nhồi máu trên hình ảnh có thể không đi theo tiến trình trên, tùy thuộc mức độ tổn thương, sự tưới máu…
Kết hợp với kỹ thuật cộng hưởng từ tưới máu, CHTKT còn cho phép phân biệt vùng mô não đã chết và vùng tranh tối-tranh sáng trong nhồi máu não. CHTKT cho phép phát hiện nhồi máu não giai đoạn tối cấp và cấp tính với độ nhạy 88%-100% và độ chuyên 86%-100%. Tổn thương nhồi máu có giảm khuếch tán trên CHTKT thì ít khả năng hồi phục. Các trường hợp thiếu máu não thoáng qua, thường không có rối loạn trên CHTKT. Các thay đổi trên CHTKT có thể phản ánh mức độ nặng nề trên lâm sàng và tiên lượng bệnh nhân đột quị. CHTKT phân biệt được giữa nhồi máu cấp và nhồi máu mạn mà CHT thường qui rất khó đánh giá (H.1). Ngoài ra CHTKT giúp phân biệt giữa các bệnh lý đột quị  quị, co giật, sa sút trí tuệ, rối loạn chuyển hóa, rối loạn chức năng...(2,3,5) 

Chấn thương sọ não

Các nghiên cứu hình ảnh CHTKT ở bệnh nhân chấn thương cho thấy phần lớn tổn thương giảm ADC khoảng 64%. Số còn lại tăng (34%) và ngang với mô não (12%). Thay đổi trên hình khuyếch tán thường dễ phát hiện hơn CHT thường qui. Một số nghiên cứu cho thấy CHTKT phát hiện tổn thương nhạy hơn so với T2W, FLAIR trên CHT thường qui. Thể tích tổn thương rên CHTKT có tương quan mạnh với tiên lượng lâm sàng hơn so với CHT thường qui. CHTKT có thể có vai trò quan trọng trong đánh giá mức độ nặng nề của tổn thương, các tổn thương không hồi phục và tiên lượng dài hạn ở bệnh nhân chấn thương sọ não (1,4,10).  

U não

CHTKT cho thêm các thông tin quan trọng trong đánh giá khối u não. CHTKT khó phân biệt giữa các loại u, độ ác tính của u. Tuy nhiên các thông tin về đặc điểm tín hiệu một số u đặc trưng, phân biệt phù quanh u và u, phân biệt phù quanh u và nhồi máu sau phẫu thuật thì có thể có giá trị. U và phù quanh u thường có ADC cao hơn nhu mô não bình thường. Các vùng mô u tăng quang thường có tăng đáng kể trên hình khuếch tán. Có sự khác biệt khuếch tán giữa vùng không tăng quang của u và phù quanh u. Điều này giúp phân biệt được u và phù quanh u. Tuy nhiên một số tác giả lại cho rằng sự phân biệt này ít có giá trị. Ngoài ra, sự khác biệt CHTKT cho phép phân biệt giữa vùng hoại tử trong các u tăng quang viền và các bệnh lý tăng quang viền không do u như áp-xe (1,5,8).

Nhiễm trùng

Áp-xe não

CHT thường qui thường khó trong chẩn đoán phân biệt u hoại tử và áp-xe. CHTKT cho các thông tin quan trọng trong chẩn đoán phân biệt. Vùng trung tâm ổ áp-xe  do vi trùng sinh mủ thường có tăng tín hiệu trên hình khuếch tán và giảm tín hiệu trên ADC. Các hoại tử trong u thì ngược lại. Sự hạn chế khuếch tán trong áp-xe có thể do độ nhầy và mật độ tế bào cao của mủ. 

 
H.1. Bệnh nhân N.M.C. 1973 đột qụi, yếu 1/2 phải, nhồi máu não tái phát ngày thứ 3. Trên hình FLAIRE (h.A), khó phân biệt tổn thương mới hay cũ ở các tổn thương bán cầu não trái. Có thể xác định tổn thương cũ là tổn thương ở nhân bèo do giảm trên DWI (h.B) và tăng trên ADC (h.C). Các tổn thương khác là tổn thương mới. 


Tụ mủ dưới màng cứng
Các ổ tụ mủ dưới màng cứng có thể phân biệt với tụ dịch dưới màng cứng, do các khối tụ mủ thường có tăng tín hiệu trên hình khuếch tán và giảm trên ADC. Tụ dịch dưới màng cứng có tín hiệu hình ảnh giống dịch não tủy.

Xuất huyết

Hình ảnh xuất huyết trên CHTKT khá phức tạp và liên quan nhiều yếu tố như các sản phẩm quá trình xuất huyết, chuỗi xung sử dụng. Oxyhemoglobin có tín hiệu cao trên hình khuếch tán và thấp trên ADC so với mô não bình thường. Methemoglobin ngoại bào có ADC cao. Các sản phẩm khác như deoxyhemoglobin, methemogl-
-obin nội bào, hemosiderin có tín hiệu thấp trên hình khuếch tán(9).  

Bệnh lý chất trắng

CHTKT là hình ảnh rất nhạy đối với hướng của các sợi trục trong chất trắng. Hệ số khuếch tán đo dọc theo các sợi thường lớn hơn khi đo ngang qua các sợi. CHTKT có thể là kỹ thuật hình ảnh quan trọng trong đánh giá các rối loạn myelin. 

Xơ não rải rác
Các mảng xơ giai đoạn cấp tính ở não thường có thường có tăng khuếch tán hơn các mảng xơ mạn tính, điều này có thể do tăng thể tích khoang ngoại bào do phù, mất myelin, mất sợi trục và quá trình tăng sinh mô đệm. Một số mảng xơ cấp có hạn chế khuếch tán có thể do viêm thâm nhiễm tế bào hơn là phù ngoại bào.
Viêm não tủy rải rác cấp tính
Bệnh viêm não tủy rải rác cấp tính có tăng khuếch tán hơn chất trắng bình thường, có thể do phù và tăng nước khoang ngoại bào. Do cùng tăng khuếch tán, CHTKT không phân biệt giữa viêm não tủy rải rác với xơ não rải rác tuy nhiên có thể giúp phân biệt bệnh lý này với đột quị (1,5).

H.1. Bệnh nhân N.M.C. 1973 đột qụi, yếu 1/2 phải, nhồi máu não tái phát ngày thứ 3. Trên hình FLAIRE (h.A), khó phân biệt tổn thương mới hay cũ ở các tổn thương bán cầu não trái. Có thể xác định tổn thương cũ là tổn thương ở nhân bèo do giảm trên DWI (h.B) và tăng trên ADC (h.C). Các tổn thương khác là tổn thương mới.


Kết luận
CHTKT là kỹ thuật hình ảnh có giá trị, đặc biệt trong khảo sát đột quị. CHTKT rất giá trị đối với bệnh lý đột quị, trong chẩn đoán sớm, chẩn đoán phân biệt và tiên lượng. CHTKT nên khảo sát  thường qui ở tất cả các bệnh nhân nghi ngờ đột quị khi có điều kiện. Ngoài ra, CHTKT cung cấp thêm các thông tin quan trọng về nhiều quá trình bệnh lý ở sọ não mà cộng hưởng từ thường qui không thể hoặc rất khó đánh giá như trong bệnh lý u, viêm, rối loạn chất trắng…

Ths.BS Lê Văn Phước

Tài liệu tham khảo
1. Bihan Diffusion and perfusion magnetic resonance imaging: applications to functional    MRI New York, NY: Raven, 1995.
2. Marx, Diffusion weighted magnetic resonance imaging in the diagnosis of reversible ischaemic deficits of the brainstem, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry, May 1, 2002; 72(5): 572 - 575.
3. Mullins, CT and Conventional and Diffusion-weighted MR Imaging in Acute Stroke: Study in 691 Patients at Presentation to the Emergency Department
4. Munson, Schroth, The Role of Functional Neuroimaging in Pediatric Brain Injury
Pediatrics, April 1, 2006; 117(4): 1372 - 1381.
5. Pamela W Schaefer, Diffusion-weighted MR imaging of the brain, Radiology 2000, 217:331-345.
6. Radiology, August 1, 2002; 224(2): 353 - 360.
7. Rugg-Gunn, Diffusion imaging shows abnormalities after blunt head trauma when conventional magnetic resonance imaging is normal, J Neurol Neurosurg Psychiatry 2001;70:530-533
8. Rumboldt, Apparent Diffusion Coefficients for Differentiation of Cerebellar Tumors in Children
AJNR Am. J. Neuroradiol., June 1, 2006; 27(6): 1362 - 1369.
9. Steven Warach, Stroke Neuroimaging  Stroke. 2003;34:345.
10. Structural and functional neuroimaging in milg to moderate head trauma, Zwany Metting, Lancet Neurology, 8, 2007

 

Họ tên: *
Địa chỉ Email:
Tiêu đề:
Nội dung: *
Mã xác nhận   Nhập dãy số bên dưới
(Lưu ý: Thông tin có dấu * là thông tin bắt buộc nhập)