Diffusionsbildgebung

Diffusionsbildgebung, auch Diffusionsgewichtete Bildgebung genannt, ist eine Magnetresonanztomografie-Methode, die die mikroskopische Wasserdiffusion in Geweben abbildet. Sie verwendet Diffusionsgradienten in mehreren Richtungen, um zu erfassen, wie frei oder eingeschränkt Wasser Moleküle sich bewegen. Die Diffusionssignale liefern Hinweise auf Gewebestruktur, Membranen, Myelin und Orientierung von Fasern, insbesondere im zentralen Nervensystem.

Die verbreiteste Form ist die Diffusionstensorbildgebung (DTI). Sie modelliert Diffusion als Tensor und erzeugt voxelweise Kennwerte wie Fractional Anisotropy (FA), Mean Diffusivity (MD), Axial Diffusivity (AD) und Radial Diffusivity (RD). Der Apparent Diffusion Coefficient (ADC) entspricht MD unter bestimmten Annahmen. Höhere Ordnungsmethoden erfassen nicht-gaussian Diffusion, z. B. Diffusion Kurtosis Imaging (DKI).

Zusätzliche Ansätze wie HARDI, Q-Ball und Diffusion Spectrum Imaging (DSI) erlauben die Rekonstruktion komplexer Faserorientierungen und verbessern die Traktografie. Anwendungen reichen von der Kartierung weißer Bahnen über Schlaganfalldiagnostik bis zur Beurteilung von Tumoren und neurodegenerativen Erkrankungen.

Akquisition und Verarbeitung erfolgen häufig mit Echo-Planar Imaging (EPI). Typische DTI-Studien verwenden b-Werte um 0 und etwa 1000 s/mm² mit 20–60 Richtungen. Vorverarbeitung umfasst Bewegungs- und Eddy-Current-Korrektur, Suszeptibilitätskorrektur sowie Gehirnextraktion; anschließend erfolgt Tensor-Fitting oder fortgeschrittene Modelle.

Limitierende Faktoren sind Bewegungsartefakte, Suszeptibilitätsverzerrungen, Partial-Volume-Effekte und die Interpretationskomplexität bei überlappenden Fasern. Diffusionsbildgebung ist etabliert in Forschung und Klinik, liefert aber indirekte Mikormatrix-Informationen und ergänzt andere Modalitäten.