Imaging diffusional variance by MRI [public] : The role of tensor-valued diffusion encoding and tissue heterogeneity

Abstract: Diffusion är den slumpmässiga rörelse hos partiklar som drivs av deras kinetiska energi. Den är oftast osynlig för blotta ögat, men den utgör en viktig funktion för vår överlevnad. Diffusionen står bland annat för transporten av näringsämnen över cellmembran, och det är diffusionen som gör att ämnen i kroppen blandas så att livsviktiga kemiska reaktioner kan ske.Man kan undersöka diffusionsprocessen i det vatten som finns i kroppen med hjälp av magnetresonanstomografi (MRT, eng. MRI). Diffusionsprocessen i biologisk vävnad är dock mycket komplex. Komplexiteten härstammar från vattnets interaktion med vävnad, eftersom diffusionen påverkas av omgivningen där den äger rum. I områden med tätt packade celler blir diffusionen långsam i alla riktningar, medan i cellstrukturer som är extremt avlånga, exempelvis nervfibrer, kan diffusions-hastigheten skilja sig mellan olika riktningar. Med en så kallad magnetkamera kan man avbilda diffusionshastigheten och därmed uttala sig om vävnadens struktur på mikroskopisk skala, helt utan invasiva ingrepp. Sådan information kan sedan användas för att undersöka friska vävnader, för diagnostik av sjuka vävnader eller för uppföljning av behandlingar. Om vävnaden uppvisar olika snabb diffusion inom ett litet område blir diffusionshastigheten heterogen. Denna typ av heterogenitet kan tänkas härröra från områden där friska celler blandas med celler som angripits av en sjukdom och ersatts med lös nekrotisk vävnad. Heterogeniteten kan också återspegla förekomst av avlånga cell-strukturer där vävnadens olika riktningar uppenbarar sig som heterogen diffusion. Denna avhandling beskriver en ny metodik för att mäta heterogenitet i diffusionsprocessen, och tolkar heterogeniteten med stöd av mikroskopi av vävnaden. Vi har utvecklat metoder för att särskilja dessa egenskaper, och visat att dessa kan bidra med ny information i både frisk hjärnvävnad och i tumörer.