Lezione 16 - Diffusione (DWI, DTI)

Comprendere i principi fisici della diffusione molecolare e la loro applicazione in RM.
Definire i concetti di DWI (Diffusion Weighted Imaging) e ADC (Apparent Diffusion Coefficient).
Approfondire il modello della diffusione anisotropica e il tensore di diffusione (DTI).
Interpretare le principali mappe derivate (ADC, FA, MD) e le ricostruzioni di tratteggio (tractography).
Valutare le applicazioni cliniche di DWI e DTI, i limiti e gli artefatti associati.

Diffusione molecolare e principio di base (10 min)

Diffusione libera (Browniana): moto casuale delle molecole d’acqua per agitazione termica.
Diffusione biologica: ostacolata da membrane cellulari, organelli e fibre → diffusione ristretta.
Principio RM: l’applicazione di gradienti sensitivi alla diffusione causa attenuazione del segnale proporzionale al movimento molecolare.
Parametro chiave: ADC, che esprime la mobilità apparente delle molecole d’acqua.

🔑 Punto chiave: la RM di diffusione è una finestra sulla microstruttura tissutale, utile per valutare ischemia, tumori e processi infiammatori.

Tecnica:
- Si utilizzano sequenze SE-EPI con gradienti sensitivi alla diffusione.
- b-value: parametro che misura la sensibilità alla diffusione (s/mm²).
  - b=0: segnale senza diffusione.
  - b=500–1000: standard clinico.
  - b>2000: ricerca, imaging ad alto b-value.
Mappe ADC: ottenute da almeno due valori di b.
Interpretazione:
- Iperintensità in DWI + ipointensità in ADC → diffusione ristretta vera (ictus, ascesso, tumore ad alta cellularità).
- Iperintensità in DWI + iperintensità in ADC → T2 shine-through (lesioni cistiche, edema).
Applicazioni cliniche:
- Stroke ischemico precoce (diagnosi nei primi minuti).
- Oncologia: grading tumorale e follow-up (cervello, prostata, fegato).
- Infezioni: distinzione tra ascesso e necrosi tumorale.

Motivazione: in tessuti anisotropici (sostanza bianca cerebrale) la diffusione varia secondo la direzione delle fibre.
Tecnica:
- Acquisizione di più direzioni di diffusione (≥6).
- Calcolo del tensore di diffusione che descrive la diffusione in 3D.
Parametri principali:
- FA (Fractional Anisotropy): grado di anisotropia (0= isotropo, 1= massima anisotropia).
- MD (Mean Diffusivity): media della diffusione.
- AD (Axial Diffusivity), RD (Radial Diffusivity): valutazione della direzione preferenziale.
Mappe e ricostruzioni:
- Mappe FA/MD per analisi quantitativa.
- Tractography: ricostruzione virtuale delle fibre nervose.
Applicazioni cliniche:
- Pianificazione neurochirurgica (localizzazione fasci motori e linguistici).
- Malattie demielinizzanti (SM: riduzione FA).
- Traumi cranici (lesioni assonali diffuse).
- Ricerca neuroscientifica (connettoma cerebrale).

Artefatti comuni:
- Distorsioni geometriche (EPI).
- Artefatti da suscettibilità (basi craniche, seni paranasali).
- Ghosting da movimento (respirazione, pulsazione).
Limiti:
- L’ADC non sempre è specifico (tumore vs infezione).
- La tractografia è soggetta a falsi percorsi e interruzioni.

Stroke: DWI è lo standard per identificare ischemia precoce.
Oncologia: utile per grading e monitoraggio.
Futuro:
- IVIM (Intravoxel Incoherent Motion): distingue diffusione da perfusione.
- DKI (Diffusion Kurtosis Imaging): valuta deviazioni non gaussiane della diffusione.
- Tecniche multi-shell (HARDI, NODDI): per studio complesso della connettività.

Analisi di casi reali: confronto tra immagini DWI/ADC in stroke e tumori.
Esercizio tecnico: calcolare l’ADC da immagini a due diversi b-value.
Simulazione pratica: osservare mappe FA e discutere le differenze tra sostanza bianca integra e danneggiata.
Discussione di gruppo: come la DWI/DTI influenza la decisione clinica (es. trombolisi nello stroke, resezione chirurgica in oncologia).
Quiz rapido: distinguere tra T2 shine-through e vera restrizione di diffusione.