Cộng hưởng từ khuếch tán dwi là gì? Các công bố khoa học

Định nghĩa cộng hưởng từ khuếch tán (DWI)

Cộng hưởng từ khuếch tán (Diffusion Weighted Imaging – DWI) là một chuỗi kỹ thuật trong cộng hưởng từ (MRI) dùng để đo lường sự chuyển động ngẫu nhiên của phân tử nước trong mô sinh học. DWI cung cấp hình ảnh phản ánh độ khuếch tán của nước, từ đó cho phép phát hiện những thay đổi vi cấu trúc mô ở mức tế bào, thường trước cả khi các tổn thương xuất hiện rõ trên các chuỗi MRI thường quy khác như T1 hoặc T2.

DWI đặc biệt nhạy với những vùng mô có sự khuếch tán bị hạn chế, điển hình là các mô bị tổn thương do thiếu máu, viêm, hoặc tăng mật độ tế bào. Trong các mô này, chuyển động của nước bị giới hạn bởi màng tế bào hoặc các cấu trúc nội bào, tạo ra tín hiệu DWI cao và bản đồ ADC giảm. Điều này làm cho DWI trở thành công cụ chẩn đoán sớm các tình trạng bệnh lý cấp tính như nhồi máu não chỉ trong vòng 30–60 phút sau khởi phát.

Kỹ thuật DWI được sử dụng rộng rãi trong thần kinh học, ung bướu học và chẩn đoán hình ảnh toàn thân. Các trung tâm y tế hiện đại đều xem DWI là một phần không thể thiếu trong giao thức MRI thần kinh tiêu chuẩn, đồng thời cũng tích hợp DWI trong khảo sát các tạng như gan, tuyến tiền liệt, vú, hoặc hệ tiêu hóa. Xem giải thích kỹ thuật tại Radiopaedia.

Nguyên lý vật lý học

DWI khai thác chuyển động Brown – chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử nước trong môi trường mô. Ở các mô lành mạnh, nước khuếch tán tự do theo nhiều hướng, nhưng trong môi trường bệnh lý, chuyển động này bị giới hạn bởi cấu trúc mô. Kết quả là sự biến đổi tín hiệu trên ảnh DWI cho phép phân biệt mô bình thường với mô bệnh lý dựa trên sự khác biệt về khuếch tán.

Một thông số quan trọng trong DWI là hệ số khuếch tán biểu kiến (Apparent Diffusion Coefficient – ADC), phản ánh mức độ khuếch tán thực tế trong mô. Mối quan hệ giữa cường độ tín hiệu và ADC được mô tả bởi công thức:

$S = S_0 \cdot e^{-b \cdot ADC}$

Trong đó:

• S: Tín hiệu đo được trên ảnh DWI.
• S₀: Tín hiệu nền khi không có gradient khuếch tán.
• b: Hệ số khuếch tán (b-value), đơn vị s/mm² – giá trị càng cao, hình ảnh càng nhạy với khuếch tán.
• ADC: Hệ số khuếch tán biểu kiến, tính bằng mm²/s.

Bằng cách sử dụng các giá trị b khác nhau (thường là 0, 500, 1000 s/mm²), hệ thống MRI có thể tạo ra bản đồ ADC cho mỗi voxel trong hình ảnh, từ đó giúp định lượng mức độ hạn chế khuếch tán của từng vùng mô.

Vai trò trong chẩn đoán đột quỵ

Một trong những ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của DWI là trong chẩn đoán nhồi máu não cấp. Khác với CT, vốn thường không thấy bất thường trong vài giờ đầu sau đột quỵ, DWI có thể phát hiện các vùng nhồi máu chỉ sau 30 phút. Dấu hiệu điển hình là vùng tăng tín hiệu trên DWI kèm theo vùng giảm tín hiệu trên bản đồ ADC, cho thấy khuếch tán bị hạn chế do phù tế bào.

DWI cho phép đánh giá vùng tổn thương không hồi phục (core infarct) trong khi các kỹ thuật như perfusion MRI (PWI) đánh giá vùng thiếu máu có thể hồi phục (penumbra). Sự khác biệt này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời điểm và khả năng can thiệp tái tưới máu như dùng thuốc tiêu sợi huyết hoặc can thiệp nội mạch.

Bảng minh họa so sánh các kỹ thuật hình ảnh trong đột quỵ:

Kỹ thuật	Thời gian phát hiện sớm	Phát hiện vùng hoại tử	Phát hiện vùng penumbra
CT không cản quang	3–6 giờ	Không rõ	Không
MRI T2/FLAIR	3–4 giờ	Có	Không rõ
DWI	<1 giờ	Rất rõ	Không
PWI	<1 giờ	Không	Có

Các nghiên cứu như DEFUSE 3 và DAWN đã sử dụng hình ảnh DWI kết hợp với các tiêu chí lâm sàng để chọn lọc bệnh nhân đột quỵ cấp có thể can thiệp muộn (sau 6–24 giờ), mở rộng cửa sổ điều trị và cải thiện tiên lượng chức năng.

Ứng dụng trong u não và tổn thương không thiếu máu

Ngoài đột quỵ, DWI còn được sử dụng để đánh giá các tổn thương não không do thiếu máu. Trong bệnh lý u não, DWI giúp phân biệt u lành tính và ác tính thông qua mức độ khuếch tán. Các u có mật độ tế bào cao như glioblastoma, lymphoma thường gây tín hiệu DWI cao và giá trị ADC thấp do nước bị hạn chế chuyển động.

DWI cũng hữu ích trong chẩn đoán viêm, nhiễm trùng và biến chứng sau mổ. Các ổ áp xe não thường cho hình ảnh DWI tăng mạnh và ADC giảm sâu, trong khi u hoại tử trung tâm có thể tăng tín hiệu DWI nhưng ADC lại tăng – cho thấy khuếch tán không bị hạn chế thật sự.

Một số ứng dụng không thiếu máu:

• Viêm não do virus: Gây tăng tín hiệu DWI khu trú ở vùng thái dương (HSV).
• Thoái hóa thần kinh: Giảm ADC ở hồi hải mã trong bệnh Alzheimer sớm.
• Di căn não nhỏ: Có thể phát hiện khi chưa rõ trên T1 hoặc T2.

Sự kết hợp giữa DWI và các chuỗi khác như T2, FLAIR, hoặc post-contrast T1 giúp tăng độ chính xác trong chẩn đoán tổn thương và lên kế hoạch điều trị u não.

Bản đồ ADC và ý nghĩa lâm sàng

Bản đồ hệ số khuếch tán biểu kiến (ADC map) là công cụ định lượng được tính toán từ ảnh DWI với nhiều giá trị b khác nhau, giúp xác định mức độ thực sự của sự hạn chế khuếch tán. ADC loại bỏ ảnh hưởng của hiệu ứng T2 shine-through, từ đó giúp phân biệt tín hiệu tăng thật do khuếch tán bị hạn chế với tín hiệu giả do đặc điểm T2 kéo dài.

Phân tích phối hợp DWI và bản đồ ADC là tiêu chuẩn bắt buộc để chẩn đoán chính xác trong thực hành lâm sàng. Sự kết hợp giữa tăng tín hiệu DWI và giảm tín hiệu ADC là đặc trưng của khuếch tán hạn chế thật sự, như trong nhồi máu não cấp hoặc áp xe não. Trái lại, nếu ADC bình thường hoặc tăng, thì tín hiệu DWI tăng có thể do hiệu ứng T2 shine-through hoặc do tổn thương không gây hạn chế khuếch tán.

Bảng sau đây tóm tắt cách diễn giải tín hiệu DWI kết hợp với bản đồ ADC:

Ảnh DWI	Bản đồ ADC	Giải thích lâm sàng
Tăng	Giảm	Khuếch tán hạn chế thật sự – nhồi máu cấp, áp xe
Tăng	Bình thường hoặc tăng	Hiệu ứng T2 shine-through – u hoại tử trung tâm
Giảm	Giảm	Gặp trong tổn thương mạn tính hoặc tổn thương xơ hóa

Trong nhiều bệnh lý thần kinh, bản đồ ADC còn được dùng như một chỉ số tiên lượng, ví dụ như giá trị ADC thấp trong vùng u não có thể gợi ý độ ác tính cao hơn, hoặc vùng ADC giảm trong vùng chấn thương sọ não có liên quan đến nguy cơ phù não và hoại tử tiến triển.

So sánh DWI với các kỹ thuật MRI khác

DWI là một phần quan trọng của bộ chuỗi MRI não nhưng cần được hiểu trong bối cảnh tổng thể của các chuỗi khác để đạt độ chính xác cao trong chẩn đoán. Mỗi chuỗi MRI cung cấp một góc nhìn khác nhau về giải phẫu và chức năng mô não.

So sánh các chuỗi phổ biến:

• T1-weighted: Tốt cho cấu trúc giải phẫu và phân biệt mô xám – trắng.
• T2-weighted / FLAIR: Nhạy với phù và tổn thương mạn tính.
• DWI: Nhạy với tổn thương cấp tính, thay đổi vi cấu trúc ở cấp độ tế bào.
• PWI (Perfusion): Đánh giá tưới máu mô và xác định vùng thiếu máu hồi phục.
• SWI (Susceptibility): Phát hiện vi xuất huyết hoặc lắng đọng sắt.

Sự kết hợp DWI với các chuỗi khác như FLAIR hoặc Perfusion không chỉ nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán mà còn giúp phân loại tổn thương và hướng dẫn điều trị. Ví dụ, bệnh nhân đột quỵ có hình ảnh DWI (+) nhưng FLAIR (–) có thể đang trong "cửa sổ vàng" điều trị bằng tiêu sợi huyết – theo AHA Stroke Guidelines.

DWI trong ngoài não (cơ xương, ổ bụng)

Mặc dù được phát triển ban đầu cho hình ảnh não, DWI đã mở rộng đáng kể sang các ứng dụng ngoài thần kinh, đặc biệt trong lĩnh vực ung thư học. DWI cho phép phát hiện, phân loại và theo dõi đáp ứng điều trị khối u mà không cần tiêm thuốc tương phản.

Một số ứng dụng ngoài não tiêu biểu:

• Gan: Phân biệt u gan lành – ác, theo dõi viêm gan mạn và xơ gan.
• Tuyến tiền liệt: Thành phần bắt buộc trong MRI đa thông số (mpMRI) để phát hiện ung thư.
• Vú: Phân biệt u vú lành tính và ác tính, đặc biệt trong phụ nữ trẻ.
• Hệ tiêu hóa: Phát hiện viêm ruột, ung thư đại trực tràng, hạch di căn.
• Xương khớp: Phát hiện viêm tủy xương, áp xe hoặc hoại tử vô mạch.

DWI đặc biệt hữu ích trong theo dõi điều trị ung thư vì giá trị ADC có xu hướng tăng khi mô u giảm mật độ tế bào do đáp ứng hóa – xạ trị. Điều này cho phép đánh giá hiệu quả điều trị sớm hơn so với thay đổi về kích thước u trên ảnh T1/T2.

Hạn chế và sai số

DWI, mặc dù hữu ích, không phải là kỹ thuật không có nhược điểm. Một số giới hạn cần lưu ý bao gồm:

• Hiệu ứng T2 shine-through gây nhầm lẫn với khuếch tán hạn chế thật.
• Biến dạng hình ảnh do nhiễu từ, đặc biệt ở các vùng gần xoang hoặc đáy sọ.
• Độ phân giải không gian thấp hơn so với các chuỗi T1/T2.
• Nhạy với chuyển động bệnh nhân – gây nhiễu ảnh.

Để khắc phục, các máy MRI thế hệ mới tích hợp kỹ thuật echo-planar imaging (EPI) cải tiến, giảm thời gian quét, tăng độ phân giải và giảm biến dạng. Ngoài ra, nhiều trung tâm còn áp dụng kỹ thuật kiểm soát chuyển động, bọc chắn từ và chuẩn hóa thông số b-value để đảm bảo chất lượng ảnh DWI.

Xu hướng nghiên cứu và cải tiến DWI

DWI đang tiếp tục được nghiên cứu và cải tiến theo nhiều hướng, với mục tiêu tăng độ chính xác chẩn đoán, giảm nhiễu và mở rộng ứng dụng lâm sàng. Một số xu hướng chính:

• IVIM (Intravoxel Incoherent Motion): Phân biệt chuyển động khuếch tán và chuyển động máu vi mạch mà không cần tiêm tương phản.
• DTI (Diffusion Tensor Imaging): Đánh giá cấu trúc sợi thần kinh trong não – đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán chấn thương và dị dạng thần kinh.
• DKI (Diffusion Kurtosis Imaging): Phân tích độ lệch khỏi khuếch tán Gaussian, nhạy với tổn thương vi mô tinh vi.
• AI & Deep Learning: Cải tiến tái tạo ảnh DWI, giảm nhiễu, tăng tốc độ chụp – theo RSNA Radiology.

Các xu hướng này hứa hẹn nâng cao khả năng phát hiện tổn thương sớm, cá thể hóa điều trị và rút ngắn thời gian chụp trong các ứng dụng lâm sàng phức tạp như ung thư học, thần kinh học và tiêu hóa.

Tài liệu tham khảo

1. Radiopaedia. Diffusion Weighted Imaging.
2. National Cancer Institute. mpMRI – NCI Dictionary.
3. Journal of Neuroimaging. Clinical Applications of Diffusion Weighted Imaging.
4. RSNA Radiology. AI-based DWI Image Reconstruction.
5. Stroke Journal (AHA). Diffusion Imaging and Thrombolysis Time Window.