[medical] 확산강조영상(Diffusion weighted image, DWI), 확산텐서영상(Diffusion tensor image, DTI) 란?

확산강조영상(Diffusion weighted image, DWI)은 인체 내 물분자들의 자기 확산(self-diffusion) 정도를 
정량화 함으로서 생체 조직의 생리학적 특성과 이상 유무를 판단하는 자기공명영상 기법의 한 종류이다.

생체 내 물분자의 움직임은 세포막 등에 의해 제약을 받는데, 이를 제한 확산(restricted-diffusion)이라고 한다.
확산이란 용액 내 용매 분자가 농도 경사에 의해 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상이다.
그러나 농도 경사가 없는 순수한 물에서도 물분자 자체가 가진 역학적 에너지에 의해 불규칙하게 움직이게 되는데,

이런 현상을 브라운운동 이라고한다.

물분자의 확산은 세포 밀도나 혐수성 세포막의 밀도가 높으면서 세포 외 공간의 왜곡이 심한 악성 조직에서 더 많은 제한을 받는다.
예를 들어, 뇌척수액과 같은 액체에서의 물 분자는 모든 방향에 대해 같은 확률로 확산되는 등상성 확산 형태를 보인다.
그러나 신경 섬유 다발에서는 방향성을 가진 구성 요소들로 인해 물 분자들은 움직임에 제한을 받고, 신경 섬유에 평행한 방향으로 움직이는 비등방성 확산을 하게 된다.

 

DWI에서 확산이 크거나 빠른 조직은 저신호(검게)로, 확산이 작거나 느릭 조직은 고신호(희게)로 나타난다.
물분자의 확산 정도를 수치로 나타낸 것을 확산계수(diffusion coefficient)라 하며, 제한된 물분자의 운동을 나타낸 수치를
겉보기 확산계수(Apparent diffusion coefficient, ADC)라고 한다.

 

DWI는 처음에는 뇌경색을 진단하기 위해 사용되었지만, 조직의 생물학적 특성을 반영하여 암을 진단할 수 있고,
조영증강이 따로 필요하지 않다는 점에서 여러 조직의 평가에 이용되고 있다.
또한 ADC 값이 조직의 세포밀도에 따라 달라지므로 양성 병변과 암 감별에 도움이 될 수 있다.

 

확산텐서영상(Diffusion tensor imaging, DTI)는 DWI의 삼차원적 확장이라고 할 수 있다.
삼차원 공간에서의 확산을 표현하기 위해서는 삼차원 좌표축 방향의 확산 계수(Dxx, Dyy, Dzz) 
뿐만 아니라 공분산 확산계수(Dxy, Dxz, Dyz)를 구하여, 3x3 대칭 행렬의 텐서를 사용한다.

3x3 대칭 행렬의 텐서

확산 텐서는 각 복셀의 위치에서 확산의 주 방향(eigen-vector)과 주 힘(eigen-value) 정보를 제공한다.
때문에 각 복셀의 텐서의 정보를 이용하여 신경다발을 재구성할 수 있다.
이 기법을 트랙로그래피(tractography)라고 한다.

 

참고자료
https://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=i-doctor&logNo=221501829232&parentCategoryNo=&categoryNo=88&viewDate=&isShowPopularPosts=true&from=search

https://koreascience.kr/article/CFKO200828939702577.pdf