Proton density

ในการทำเอ็มอาร์ไอคงจะเลี่ยงไม่ได้ที่จะไม่กล่าวถึงคอนทราสแบบ Proton density หรือ PD เนื่องจาก PD มีบทบาทสูงในการช่วยให้มองเห็นพยาธิสภาพชัดเจนมากขึ้น เนื่องจากเป็น Sequence ที่ให้สัญญาณสูง (SNR ) เมื่อเทียบกับ T1W และ T2W ด้วยเหตุนี้ PD จึงเหมาะสำหรับการตรวจส่วนที่ไม่ค่อยมีสัญญาณจากเนื้อเยื่อสักเท่าไหร่ เช่น การตรวจทาง ระบบกล้ามเนื้อและกระดูก (MSK)

หลักการเชิงฟิสิกส์
อย่างที่เราทราบกันมาแล้วว่าคอนทราสของภาพเอ็มอาร์ไอนั้นถูกกำหนดโดย การตั้งค่าที่แตกต่างกันของ TR และ TE ขึ้นอยู่กับว่าเราอยากจะได้ภาพที่ให้คอนทราสในแบบ T1W , T2W  หรือ PDW   การสร้างภาพแบบ T1W เราตั้งค่า short TR และ  short TE  เพื่อให้คอนทราสแบบ T1W เด่นชัดที่สุดและลดความเป็น T2W ให้มากที่สุด  ขณะเดียวกันหากเราอยากได้คอนทราสแบบ T2W เราก็จะกำหนด long TR และ Long TE  เพื่อลดความเป็น T1W ลงทำให้คอนทราสแบบ T2W เด่นชัดขึ้น  ส่วน PDW นั้นพยายามที่จะลดคอนทราสทั้งในแบบ T1W และ T2W ลงให้มากที่สุด โดยการกำหนด ค่า Long TR และ short TE

จากการลดสัญญาณจาก T1W และ T2W ลงนี่เองทำให้ PDW ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในเนื้อเยื่อ โดยสัญญาณที่วัดได้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเนื้อเยื่อต่างๆ ที่มีจำนวนโปรตอนเป็นส่วนประกอบ เราจึงเรียกว่า "Proton density"  ทำให้น้ำให้สัญญาณเด่นชัดที่สุดใน PDW เนื่องจากมีโปรตอนเป็นส่วนประกอบมากที่สุด

ในทางปฏิบัติ PD pulse sequence จะถูกปรับปรุงแก้ไขก่อนนำมาใช้งาน ทำให้ ภาพ PD ยังคงมีสัญญาณทั้งจาก T1และ T2 อยุู่บ้าง

 บางครั้งนักรังสีเทคนิค จะเห็นว่าแพทย์กำหนด PD pulse sequence ใน โปรโตคอลของ  Brain ด้วย  ทั้งนี้เพราะว่า PDW สามารถตรวจหา Edema ได้ดีซึ่งจะเห็นสัญญาณสุงกว่า  (brighter)   CSF ถึงแม้ว่า PD ใน CSF จะมีมากกว่าก็ตาม ทั้งนี้เพราะ PDW pulse sequence มีการปรับค่า TR ลงให้สามารถแสดงคอนทราสแบบ T1W ด้วย และใช้ประโยชน์จาก T1W มาแยกระหว่าง Edema และ CSF นั่นเอง เพราะ CSF สัญญาณจะลดลงใน T1W   ถึงแม้ใน CSF จะมี proton density สูงก็ตาม  ในโมเลกุลของโปรตอนใน edema ยังสามารถคืนตัวและให้สัญญาณได้ ทำให้มองเห็นได้ชัดเจนขึ้น  แต่ในปัจจุบัน PDW  นักรังสีอาจจะไม่ค่อยเห็น PD ในโปรโตคอล Brain แล้ว เนื่องจาก มี Diffusion Weighted Imaging  (DWI) pulse sequence และ Flair  เข้ามาแทน

รูปที่ 1  แสดงการเกิดคอนทราสแบบ PDW ระหว่าง CSF และ Edema

อย่างไรก็ตาม PDW ยังถือว่ามีประโยชน์อยู่ในบางโปรโตคอล เพราะมันสามารถระบุคอนทราสระหว่างเนื้อเยื่อในจุดเล็กๆได้ดี  นอกจากนี้มันยังให้สัญญาณที่มากกว่า T1W และ T2W ด้วย จึงเหมาะสำหรับการตรวจในส่วนที่มีข้อจำกัดต่างๆ เช่น สนามแม่เหล็กเกิดความไม่สม่ำเสมอได้ง่ายหรือเป็นบริเวณที่ให้สัญญาณได้น้อย  เช่น Posterior fossa ,Neck , small joints ต่างๆ 

ตัวอย่างการใช้งานภาพ PD ในทางคลินิก

รูปที่ 2 แสดงคอนทราสแบบ modified PD pulse sequence เทียบกับเทคนิคต่างๆ 

ที่มา: http://education.rad.msu.edu/CourseInfo/CHM_domain/Neuro/KC/images/brain_mets.jpg

จากรูปที่ 2 ภาพซ้ายมือบนเป็นภาพแบบ PDW เมื่อเปรียบกับภาพ T2W (ขวามือบน) สังเกตุว่าสัญญาณของเนื้อสมองส่วน Edema ไม่ค่อยต่างกันมากเท่าไหร่แต่ที่ต่างกันคือสัญญาณของ CSF ใน PDW จะต่ำกว่าใน T2W ทั้งนี้เป็นเพราะอิทธิพลของ T1W นั่นเอง เนื่องจาก PD มีการตั้ง TE ต่ำๆ และ ตั้งค่า TR ที่ไม่ยาวนานมากจนเกินไป ซึ่งทำให้สัญญาณของ CSF (free water) จึงทำให้เกิดความแตกต่างระหว่าง CSF และ Edema 

รูปที่ 3 แสดงการใช้  PDW ในการตรวจทาง MSK

ที่มา: http://radsource.us/meniscal-tear-patterns

รูปที่ 3 เป็นการใช้ PDW ในการวินิจฉัยความผิดปกติของ Meniscus ซึ่งในรูปรังสีแพทย์วินิจฉัยเป็น horizontal tear of the posterior horn of the medial meniscus  extending to the tibial surface เหตุผลที่ PDW มีประโยชน์มากในการตรวจทาง MSK เนื่องจาก PDW จะให้สัญญาณสูงในบริเวณที่ไม่ค่อยมีสัญญาณเมื่อเทียบกับ T2W ในรอยผิดปกติเล็กๆ อย่างใน Meniscus สามารถมองเห็นได้ชัดเจน ถึงแม้ว่าใน T2W จะสามารถมองเห็น Meniscus tear ได้เหมือนกันแต่ PDW จะมีความไวกว่าในการตรวจเจอ ภาวะ tear ที่ extent ไปยัง articular surface  ดังแสดงในรูปที่ 2 อีกเหตุผลหนึ่งก็คือ Meniscus มักจะมองเห็นได้ชัดในเทคนิค short TE อย่างเช่น T1 หรือ PD และ Gradient recall echo   ในปัจจุบันเราจะนิยมใช้ Fast spin Echo PD เนื่องจาก scan time จะสั้นกว่า แบบ Conventional spin Echo แต่ก็ต้องใช้อย่างระมัดระวังหรืออาจจะต้องมีการปรับเทคนิคเพิ่มเติมเนื่องจาก fast spin echo หรือ turbo spin echo มักจะทำให้ภาพเบลอไม่คมชัด  นักรังสีเทคนิคบางท่านอาจจะสงสัยว่าทำไมรังสีแพทย์ถึงชอบให้ตั้งโปรโตคอลด้วยเทคนิค spin Echo  ทั้งที่เวลาในการสแกนก็นานกว่า FSE นั่นเป็นเพราะ SE ให้ภาพที่คมชัดกว่านั่นเอง  แต่ทั้งนี้ทั้งนั้น การใช้ FSE ก็สามารถทำให้ภาพคมชัดได้เหมือนกันหากนักรังสีเทคนิคมีการปรับพารามิเตอร์เพิ่มเติม

นากจากใช้เพื่อดู Meniscus ได้ดีแล้ว  PD ยังช่วยให้มองเห็น Ligament ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นโดยเฉพาะบริเวณ insertion หรือ desertion ของ PCL และยังมองเห็น  Posterior meniscofemural (ligament of Wrisberg) ได้ชัดเจนมากขึ้น ซึ่งปกติ Ligament นี้จะให้สัญญาณที่ต่ำมากมักจะมองไม่เห้นใน T2W

ทั้งหมดนั้นก็เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนที่ผู้เขียนต้องการจะชี้ให้ทุกท่านทราบถึงความสำคัญของ PD pulse sequence ในการใช้วินิจฉัยความผิดปกติหรือพยาธิสภาพโดยรังสีแพทย์  นอกจากนี้ผู้เขียนยังหวังเป็นอย่างยิ่งว่าบทความนี้จะช่วยให้นักรังสีเทคนิคเข้าใจเหตุผลและที่มาที่ไปของการกำหนดโปรโตคอลของรังสีแพทย์มากขึ้น ว่าในแต่ละโปรโตคอล ไม่ว่าจะเป็น Brain หรือ MSK นั้น PDW มีบทบาทอย่างไร