Difúzny fantóm

Z WikiSkript

Difúzny fantóm je pomôcka, ktorá slúži na demonštrovanie difúzie, ktorá prebieha v mozgu. Pomocou difúznych meraní MRI je možné získať v danom fantóme hodnoty odpovedajúce mozgu človeka.

Úvod[upravit | editovat zdroj]

Vo výskume zobrazovania magnetickou rezonanciou sú zdraví dobrovoľníci vhodní a často používaní, pretože všeobecne mozog poskytuje realistické zobrazenie klinického objektu. Hodnoty strednej difuzivity (mean diffusivity) MD a frakčnej anizotropie FA sú získavané pomocou difúzneho zobrazovania DTI. Hodnoty MD a FA sú vysvetlené ďalej v texte.

Okrem množstva výhod ako ľahká dostupnosť, realistické zobrazenie má využívanie živých dobrovoľníkov svoje obmedzenia, limitujúce faktory. Najčastejšie je to pohyb dobrovoľníkov pri dlhších meraniach, ale aj pohyb z dôvodu dýchania a úderov srdca. Všetky tieto nechcené efekty nás nútia hľadať spoľahlivejšie objekty na meranie.

Možnosťou v tejto oblasti je skonštruovanie a následne použitie difúzneho MRI testovacieho objektu, fantómu. Je dôležité, aby sme pomocou difúzneho fantómu dokázali namerať parametre pre izotropnú difúziu (MD) a anizotropnú difúziu (FA). V súčasnosti je viacero typov fantómov využívaných v DTI, kde každý má svoje výhody a nevýhody.

Difúzny fantóm

Rozdelenie difúznych fantómov[upravit | editovat zdroj]

Fantómy rozdeľujeme podľa použitého materiálu a konštrukcie na:

  1. Fantóm na meranie strednej (mean) difuzivity MD
  2. Fantóm na meranie frakčnej anizotropie FA
  • Rastlinné (plant) fantómy;
  • Kapilárne (capillar) fantómy;
  • Vláknité (fiber) fantómy.

Fantóm na meranie strednej (mean) difuzivity MD[upravit | editovat zdroj]

Hodnota MD v ľudskom tele udáva, nakoľko je voľná difúzia vody bránená fyziologickými bariérami ako napríklad bunkovou stenou. Pre dosiahnutie podobných hodnôt vo fantóme je potrebné použiť pre jeho zostrojenie vhodnú izotropnú kvapalinu.

Kvapalina MD [*10-9m2 s-1] Výhody Nevýhody
Voda (22°C) 2,1 netoxická, ľahko dostupná MD vyššia ako v mozgu
Ľadová voda (1°C) 1,1 netoxická, ľahko dostupná, hodnoty MD podobné ako v léziach rotrúsenej sklerózy MD vyššia ako v mozgu
Viskózny vodný roztok
Sacharóza 1,1 netoxická, ľahko dostupná, hodnoty MD podobné ako v léziach rotrúsenej sklerózy MD vyššia ako v mozgu, jedna spektrálna čiara navyše od sacharózy
Cyklické uhľovodíky
Cyklohexán 1,39 hodnoty MD podobné ako v léziach rotrúsenej sklerózy vysokohorľavý, vysoká hodnota MD
Cykloheptán 0,93 hodnoty MD podobné ako v mozgu vysokohorľavý
N-alkány
Dekán 1,31 hodnoty MD podobné ako v léziach rotrúsenej sklerózy horľavý

Fantóm na meranie frakčnej anizotropie FA[upravit | editovat zdroj]

Frakčná anizotropia FA je skalárna veličina s hodnotami medzi 0 a 1. Zobrazuje stupeň anizotropie v difúznom procese. Hodnoty blízke nule hovoria, že difúzia je v danej oblasti izotropná, neohraničená. Hodnoty blízke jednej znamenajú ohraničenú difúziu, pozdĺž všetkých smerov. Popri FA je možné zmerať u týchto fantómov aj MD. V tabuľke sú uvedené hodnoty FA a MD pre všetky tri druhy fantómov.

Materiál MD [*10-9m2 s-1] FA
Špargľa (asparagus) 1,3±0,01 0,2±0,01
Sklené kapiláry 1,4±0,2 0,5±0,1
Konope 1,7±0,6 0,2±0,1
Polyamid 1,4±0,1 0,3±0,1
Biela hmota mozgu 0,69-0,93 0,4-0,8

Z fantómov uvedených v tabuľke sa javí byť najlepší fantóm zkonštruovaný z Dyneema vláken, pretože namerané hodnoty MD a FA najlepšie odpovedajú prostrediu in vivo, čiže prostrediu v bielej hmote v mozgu.

Zhrnutie[upravit | editovat zdroj]

Difúzne zobrazovanie stále nachádza nové aplikácie. Vďaka citlivosti difúzie MRI je schopné zaznamenať veľmi malé zmeny na molekulárnej úrovni. K tomu difúzne fantómy sú schopné poskytnúť hodnoty MD a FA blízke hodnotám in vivo. Výhodou fantómov je, že sú vo všeobecnosti stabilnejšie a ich štruktúra je ľahšie pochopiteľná ako štruktúra u rastlín alebo človeka.

Odkazy[upravit | editovat zdroj]

Použitá literatura[upravit | editovat zdroj]

  • JONES, Derek K. Diffusion MRI :  theory, methods, and applications. 1. vydání. Oxford ; New York : Oxford University Press, 2011. ISBN 9780195369779.