拡散強調MRI。

拡散は、細胞の代謝反応中に生じる主要な物理プロセスです。最初の拡散強調MRI画像は1985年に作成されました。拡散MRIは、第3世代MRIスキャナーとともに臨床応用されました。拡散強調断層画像を取得するには、同じ振幅と持続時間の2つの拡散勾配を用いたエコープラナーパルスシーケンス「スピンエコー」EPIが使用されます。組織内の水の拡散特性を定量的に評価するために、パラメトリック拡散マップが作成されます。このマップ上の各ピクセルの色は、測定された拡散係数に対応しています。拡散マップでは、水の拡散率が高い組織は赤と白の色調で、拡散率が低い組織は青と黒の色調で表示されます。

分子の拡散能力が方向に依存することを拡散異方性と呼びます。脳の白質では、水分子は神経線維に沿って容易に拡散しますが、神経線維を横切る動きは不透過性のミエリン鞘によって制限されます。

拡散テンソル MRI は、組織内の水の拡散の異方性を視覚化するために使用されます。

拡散テンソルMRIでは、ボクセル内の拡散楕円体の向きを用いて、拡散テンソルの固有ベクトルを互いに接続することで、神経線維の経路を決定します。接続アルゴリズムは非常に複雑なため、神経線維の経路を「描画」するために様々な計算手法が用いられます。そのため、テンソルMRIはトラクトグラフィー（神経線維の経路を視覚化する手法）と呼ばれることがよくあります。最も単純な形式では、部分的な拡散異方性が色分けされ、組織内の水分子の拡散方向が、固有ベクトルの向きに応じてピクセルを特定の色（赤 - X軸、緑 - Y軸、青 - Z軸）で着色することで視覚化されます。

拡散テンソル MRI により、脳の各部間の構造的なつながりを検出することができます。これは、体積測定プロセスや、解剖学的構造を歪めたり白質を破壊したりする疾患 (腫瘍、TBI、脱髄疾患など) の診断において特に重要です。

拡散強調MRIおよび拡散テンソルMRIの臨床応用。脳組織における拡散係数の測定速度の低下は、虚血性疾患および虚血の重症度を示す感度の高い指標です。今日、拡散強調画像の使用は、虚血性脳梗塞の発症初期（最大6時間）において、最も迅速かつ特異的な診断方法の一つです。この初期段階には、血栓溶解療法および脳組織の血流部分的または完全な回復のための「治療ウィンドウ」が存在します。脳卒中の急性期では、拡散強調画像上の脳病変部は通常、高いMP信号を示し、正常な脳組織は暗く見えます。拡散係数測定マップでは、この逆の現象が見られます。拡散係数測定マップは、虚血の診断、および急性脳血管障害の進行と、それに続く虚血による慢性組織変性の動的モニタリングのための手段となっています。拡散強調画像の非侵襲性と適用の迅速さが、虚血性脳損傷の一次診断におけるこの方法の主な重要性を決定します。

拡散MRI検査はすべて造影剤を使用せずに実施されます。これは、重症患者や、胎内期から始まる小児の脳発達に関する専門的な研究にとって重要です。後者の場合、拡散MRIは組織の定性的（視覚的）および定量的特性をさらに得ることを可能にし、発達中の脳組織の微細構造を研究するための新たな可能性を切り開きます。

拡散強調画像と拡散マップは、T1 および T2 MRI で同様の症状を示す脳腫瘍 (神経膠腫、造影剤がリング状に蓄積する腫瘍) を区別するための追加の診断情報、腫瘍周囲の浮腫 (血管性または細胞毒性)、腫瘍内嚢胞の有無などのデータを提供します。

脳および脊椎の炎症性病変（脳膿瘍、膿胸など）の診断において、拡散強調画像は、非常に短いスキャン時間で貴重な情報を提供します。膿瘍の膿性内容物は高いMP信号を特徴とし、術後を含む治療のどの段階でも容易に観察できます。一部の脳腫瘍、特に髄膜腫や神経鞘腫の構造的特徴により、拡散強調画像を用いることで、術前であっても腫瘍の組織学的型を高い信頼性で予測することが可能です。この方法から得られたデータに基づいて、表皮嚢胞とクモ膜嚢胞を正確に鑑別することができます。

トラクトグラフィーは、脳の伝導経路を非侵襲的に「見る」ことを可能にする、新しく有望な技術です。技術的な困難は依然として存在しますが、脳神経外科分野への応用における最初の成果は有望に見えます。拡散テンソルMRIの助けを借りて、伝導経路の位置を把握し、病理学的プロセス（変位／変形、または浸潤と損傷）における伝導経路の重要性を考慮することで、脳内腫瘍の外科的アプローチと切除量を計画することが可能になりました。

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