DTIDWI] DTI(弥散张量成像)简介及原理.doc

DTI/DWIDTI(弥散张量成像)简介及原理磁共振弥散张量成像技术是利用水分子的弥散各向异性进行成像,可用于脑白质纤维研究,常用扫描技术包括单次激发平面回波成像(EPI),线阵扫描弥散成像, 导航自旋回波弥散加权成像(LSDI),半傅立叶探测单发射快速自旋回波成像等.每种成像技术各有其优缺点,EPI扫描时间短,图像信噪比高,但存在化学位移伪影、磁敏感性伪影、几何变形;LSDI精确度高,几乎无伪影及变形,但扫描时间过长;导航自旋回波弥散加权成像运动伪影少,但扫描时间长;半傅立叶探测单发射快速自旋回波成像扫描时间短,但图像模糊.综合比较,单次激发平面回波成像是用于临床研究较适宜的方法.(引自%26lt;%26lt;医学影像学杂志 %26gt;%26gt;2006年04期 王海燕 , 赵斌 , 于富华 )1827 Robert Brown 首次发现弥散现象1950 Hanh 从理论上提出用自旋回波测量水分子弥散过程的方法1985 Taylor 和 Bushel 首次实现磁共振弥散成像1986 Denis LeBihan 首次将磁共振弥散成像应用于活体1990 Michael Moseley 发现弥散成像在早期脑缺血诊断中的价值1996 首次实现人脑弥散张量成像1999首次实现人脊髓弥散张量成像一、弥散张量成像的基本原理弥散张量成像(DTI)是利用弥散加权成像技术改进和发展的一项新技术，弥散张量不是平面过程，以三维立体角度分解，量化了弥散各向异性的信号数据，使组织微结构更加精细显示，弥散需要用张量显示，扫描应用多个梯度场方向，现用6-55个方向。DTI：弥散具有方向依靠性，分子向各个方向弥散的距离不相等，则成为各向异性(anistrophic)。而DWI则为水分子弥散的方向相一致，即相同性。弥散张量成像的原理：在完全均质的溶质中，分子向各方向的运动是相等的，此种弥散方式为各向同性(isotrophic)，其向量分布轨迹成一球形，而另一种弥散是在非均一状态中，分子向各方向运动具有方向依靠性，分子向各方向弥散的距离不相等，称为各向异性（anisotrophic）,其向量分布轨迹成一椭圆形。如在大脑白质分子的弥散表现为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的弥散速度快于垂直方向。张量是一个工程物理学的名称，张量是一个数学结构，是一个椭圆形结构，有三维空间，各向异性有3 3个二级分量，张量的矩阵是9个非0因素，其中3个分量是相同的（对称性），而其余6个因素（Dxx,Dyy,Dzz ,Dxy,Dxz,Dyz）决定弥散张量的特征。3个非0因素沿着张量的主对角线，称为本征值(eigevalue)1,2,3, 本征值反应出椭圆形的外形，大小与方向无关。而其数学关系代表方向为3个本征向量（eigevector）V1,V2,V3。弥散张量成像(DTI)的数据分析：平均弥散率（mean diffusivity. MD）：MD反映分子整体弥散水平和弥散阻力的整体情况，他只表示弥散的大小，而与弥散的方向无关，也即ADC值。各向异性程度，反映分子在空间位移的程度，与方向有关。用来分析各向异性的参数很多，有各向异性指数（anisotraphy index,AI），相对各向异性（relative anisotraphy RA）各向异性分数或称部分各向异性（fractional anisotraphy FA）。其中由于FA图像观察大脑白质纤维结构最清楚，灰白质分界好，FA值用于肿瘤诊断有益，故应用广泛。RA值反映水分子弥散的各向异性成分与各相同性成分的比值。是描写弥散张量的三个特性值，亦即本征值（eigevalue）。FA值反映水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，其范围从01，自由水为0，对于非常规则的大脑白质纤维FA值接近1。弥散张量白质束成像(Diffusion tensor Tractography,DTT) 或称纤维束示踪成像技术（Fiber tractography FT），是在弥散张量成像发展起来得一项新技术，可在活体中显示纤维束的方向及完整性。DTI图像反映脑白质纤维素的走行方向，并可观查白质纤维束的方向，称谓白质束成像(Tractography)。垂直于神经纤维走行方向的弥散难平行于神经纤维走行方向的弥散易DTI图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的主导方向在正常的黑白FA图上，白质是高信号，可以辨认白质束的主要走行，亦可形成二维彩色的FA图，彩色强度代表异向性的程度，颜色代表方向性，红色代表左右走行方向，绿色代表前后走行方向，兰色代表上下走行方向。在硬件上有一定要求：需要有螺旋桨扫描技术的MR机，有并行采集技术，有多个方向的敏感梯度，现在最好的已达642个方向。且需要放大梯度线圈等。在软件上须有纤维束跟踪软件。在操作上也要注重，应对白质束的解剖有了解，一般在彩色FA图上画出感爱好区（ROI）, 感爱好区的位置很重要，如追踪皮质脊髓束，如下面的ROI放在大脑脚，则很难将几个皮质脊髓束分开，放在桥脑下面较好脑白质束成像可以在活体无创性显示白质纤维束的走行、病理及与肿瘤、病变等的关系等。DTI扫描条件：1.5T,GE Signa Excite HD头部：EPITE miniumTR 10000128x128层厚：4mm/01nexB值 100025个方向颈椎：EPITE miniumTR 2950128x128层厚：3mm/06nexB值50015个方向（引自：大连医科大学附属第一医院郎志谨)*本帖评分记录：水晶:+70(thinking) 宝贵分享！极有价值！70分 2007-12-07 14:55wonder溅出的水花儿： 二、DTI后处理图像1. 黑白FA图2. 彩色FA图3. 彩色MD图4. 彩色定向图5. 彩色主本征向量图6. 三维彩色白质纤维示踪图正常FA图：彩色及黑白图白质纤维束可分为致密的白质结构（如胼胝体，内囊，大脑脚）及非致密的白质结构（如放射冠及四周白质），FA值致密的白质结构大于非致密的白质结构。三. 弥散张量成像在临床上的应用我们应用DTT技术，对正常白质束的解剖及病理做了一些初步探讨。正常人白质纤维束分为三类：连合纤维是胼胝体，前连合，等。联络纤维是弓形纤维，钩束，扣带束，上纵束，下纵束等。投射纤维有锥体束，视放射，内侧丘系等。正常神经束胼胝体束皮质脊髓束钩束上纵束下纵束扣带回前联合四、DTI在大脑疾病中应用1.星形细胞廇间变型，部分呈恶性胶母细胞廇改变（病理证实）的DTI改变：肿瘤的FA图肿瘤的FA值低于对侧肿瘤的FA值：113；正常侧：343肿瘤的MD图肿瘤的MD值高于对侧肿瘤的MD值：9.85；正常侧：8.11DTI脑白质纤维束成像术，肿瘤导致皮质脊髓束移位及纤维束的破坏肿瘤的彩色定位（定向）图，可见脑干受压移位2.弥散张量成像在炎症，脱髓鞘性病变及神经变性性疾病上的应用。神经髓鞘是影响向异性因素之一，当脱髓鞘疾病时，如多发性硬化由于轴突髓鞘的破坏，斑块的FA值降低，彩色FA图上可见红色度降低，白质纤维束成像可见破坏。而在神经变性性疾病如肌萎缩侧索硬化症(ALS)，有时在T2WI冠状位上，可见从那囊后肢到大脑脚的纵向连续的带状高信号影，但这种典型所见不多见，应用DTI 可见FA值的降低3.弥散张量成像在中枢神经系统发育异常的应用。中枢神经系统发育性疾病，可以看到纤维束的方向和连接错误，如胼胝体发育异常，脑瘫，皮质异位等皮质发育不全先天性胼胝体发育不全肾上腺白质发育不良4.弥散张量成像在脊髓中的应用。1) 正常脊髓DTI及脊髓白质纤维束成像.2) 颈间盘凸出: 均