L’ imaging di diffusione (DWI) si basa sulla sensibilità della risonanza magnetica al moto degli spin in presenza di disomogeneità del campo magnetico. Il moto va a rappresentare quindi un marcatore naturale del segnale RM che non necessita di mdc. I metodi di imaging attualmente disponibili presentano una risoluzione spaziale dell’ordine di 1mm, quindi la visualizzazione della microstruttura dinamica dei tessuti può essere rilevata solo grazie a processi fisici che interessino una scala spaziale di ordine di grandezza inferiore al millimetro. Ciò può essere ottenuto con la diffusione molecolare dove le fluttazioni nel moto casuale browniano
molecolare, su una scala microscopica, possono essere rilevate dall’osservazione fatta su una scala maggiore usando un modello fisico statico. È ciò che avviene prendendo in
considerazione le molecole d’acqua presenti nell’organismo, le quali presentano movimento diffusivo stocastico ed in molti casi isotropico. La diffusione non altera la posizione media di una molecola bensì ne aumenta la deviazione standard della sua posizione. Nei tessuti biologici i fenomeni diffusivi comprendono principalmente la diffusione extracellulare ed in minima parta intracellulare. Complessivamente però la presenza di barriere cellulari limita la diffusione libera dell’acqua56. Inoltre la presenza di tumori ad alta densità cellulare e la perdita di integrità delle membrane cellulari nei tumori necrotici influenza la diffusione delle molecole d’acqua ed è proprio questa alterazione del fenomeno diffusivo che ne permette lo studio nell’imaging di risonanza di diffusione
L’imaging di diffusione si basa sulla sensibilità della rm al movimento. Ogni nucleo di idrogeno immerso in un campo magnetico presenta una velocità di precessione che dipende
dall’intensità del campo magnetico in cui si trova. Se il campo magnetico è uniforme la velocità di precessione è uguale per tutti, sono cioè tutti in fase ed il vettore spin che li rappresenta (M) è la somma di tutti i singoli spin. Se però viene inserito un gradiente lineare nel campo magnetico secondo una direzione spaziale che vada a disturbare l’uniformità del campo, ciò fa variare la velocità di precessione dei singoli spin dipendentemente dalla posizione che
occupano nello spazio. In questo modo la risultante degli spin si modifica nel tempo dipendendo dal gradiente del campo magnetico sentito dagli spin e fornendo una
informazione macroscopica di ciò che avviene a livello microscopico. Per questo motivo nella rm di diffusione viene utilizzata una sequenza spin-echo T2 pesata in cui è inserita
l’applicazione di due forti gradienti lungo la sola direzione x di uguale intensità ma di verso opposto.
Nel caso dei protoni perfettamente fermi l’applicazione del primo gradiente causerebbe uno shift in fase degli spin che verrebbe completamente annullato dall’ applicazione del secondo gradiente (uguale ed opposto) ma, poiché i protoni sono soggetti alla diffusione, l’applicazione del primo gradiente viene attenuato dall’applicazione del secondo gradiente57.
Le sequenze utilizzate in diffusione sono sequenze planari spin echo T2 pesate a cui viene aggiunta una coppia di gradienti di sensibilizzazione alla diffusione, di uguale intensità e di verso opposto, detti diffusion sensitizing gradients. Andando a modificare l’intensità di questi gradienti è possibile eliminare progressivamente gli effetti della pesatura T2 ed incrementare la dipendenza dell’intensità del segnale dal fenomeno della diffusione. Avendo i gradienti stessa intensità ma polarità diverse, uno spin immobile che occupa sempre la stessa posizione subirà un defasamento che verrà del tutto compensato dal secondo gradiente. Invece, gli spin che sono liberi di muoversi nello spazio, avranno una posizione diversa al momento
dell’applicazione del secondo gradiente rispetto a quella che occupavano durante
l’applicazione del primo gradiente e pertanto il defasamento indotto dal primo gradiente non verrà del tutto recuperato. In sintesi, più le molecole sono libere di muoversi per diffusione libera e minore sarà l’intensità del segnale nell’immagine pesata in diffusione. Al contrario, più le molecole hanno diffusione ristretta (minor libertà di spostamento) più elevata sarà l’intensità del segnale nell’immagine pesata in diffusione58. Quindi, immagini pesate in diffusione, un voxel a diffusione libera come un liquido senza membrane cellulari presenterà una intensità di segnale bassa, mentre un voxel a diffusione ristretta come le molecole d’acqua in un tessuto ipercellulare quale il tumore, presenterà invece una intensità di segnale alta. Nella pratica clinica il DWI risulta utile nella identificazione e nella caratterizzazione delle lesioni proprio grazie alla sua capacità di trarre informazioni sulla densità cellulare tissutale, l’integrità delle membrane oppure dalla presenza di macromolecole che ostacolino la
Queste informazioni possono essere valutate qualitativamente (mappa ADC e immagini DWI) sia quantitativamente (valutazione ADC). L’ analisi qualitativa caratterizza il tumore per la presenza di un alto segnale nelle immagini di diffusione ottenute con fattore b alto, e basso segnale sulle mappe ADC. L’analisi quantitativa consiste invece nella misurazione del coefficiente apparente di diffusione ADC. Un alto valore ADC sottende una diminuzione del segnale alla DWI ed un basso valore ADC un aumento dell’intensità del segnale alla DWI. La rm della mammella in diffusione è oggetto di studio per la possibilità di rilevare e di
confermare i reperti evidenziati dalla MRI e sulla sensibilità diagnostica della nuova metodica. In particolare la DWI sta mostrando una elevata sensibilità nel rilevare i tumori mammari soprattutto per lesioni maligne ed è divenuta un complemento nell’imaging d’organo59. Il DWI può dunque essere usato come una misura non invasiva della cellularità per servire come marcatore surrogato della frazione della proliferazione del cancro. Tumori con elevati livelli di Ki67 sono ipercellulari in confronto al parenchima circostante, quindi le molecole d’acqua presentano una diffusione ristretta. E’ stato dimostrato che i valori della ADC sono correlati con i tassi di proliferazione nei carcinomi luminal B.