磁共振弥散张量成像的基本原理及其在中枢神经系统中的应用_www.medlive.cn.ppt

磁共振弥散张量成像的基本原理及其在中枢神经系统中的应用 前言 实现活体观察组织结构的完整性和连通性，利于对各种疾病的引起的白质纤维束的损害程度及范围的判断。 可用于显示脑白质内神经传导束的走行方向，实现对人的中枢神经纤维精细成像。 DTI成像的基本原理 DWI的原理 组织T1、T2驰豫时间、H1的密度、分子弥散运动 利用扩散敏感梯度脉冲将水分子弥散效应扩大，来研究不同组织中水分子扩散运动的差异 其方法就是在常规的MRI序列上施加对弥散敏感的梯度脉冲来获得 通过两个以上不同弥散敏感梯度值（ b值）的弥散加权象，可计算出弥散敏感梯度方向上水分子的表观弥散系数（apparent diffusion coefficient ADC） ADC=In(S低/S高)/(b高-b低) 然而DWI成像只在X、Y、Z轴三个方向上施加敏感梯度 ，不能完全、正确地评价不同组织在三维空间内的弥散情况，组织各向异性程度往往被低估 。 均质介质中水分子的运动是无序随机运动，即向各个方向运动的几率是相同，即具有各向同性（isotropy） 要描述水分子的空间弥散情况 ，引入了张量的概念，脑白质中每一个体素的各向异性扩散过程就可以用张量D表示 。需要用一个二维矩阵表示 ： 均质介质中可以水分子的自由运动为各向同性，即在各个方向上的弥散强度大小一致，弥散张量D描述为球形，沿磁共振的三个主坐标的特征值为 λ1=λ2=λ3 二阶张量具有对称性， Dxy＝Dyx Dxz=Dzx Dyz=Dzy 因此只要计算6个变量 方法：至少在6个不同非共线方向上施加敏感梯度，另外再采集一幅具有同样参数而未施加敏感梯度的图像。从弥散加权像和非弥散加权像的信号强度衰减差异中可以得到6幅表观弥散系数图（ADC），得到一个六元一次方程组，最后利用这些图可以求得每个体素的有效弥散张量D 理论上6次就可以，但是由于噪声的存在，方向越多，三维空间分布越均匀则数据越准确，目前最多可以在128个不同方向进行成像 DTI的量化参数 第一类是平均扩散率 指MR成像体素内各个方向扩散幅度的平均值，代表了某一体素内水分子扩散的大小或程度，通常所用的指标就是平均弥散系数（average diffusion coefficient，ADC），反应了水分子单位时间内扩散运动的范围，单位是mm2/s，其值越大，说明水分子扩散能力越强 第二类是反映各向异性的参数 部分各向异性指数（fractional anisotropy， FA ） 分析各向异性最常用的参数，指弥散的各向异性部分与弥散张量总值的比值，反应了各向异性成分占整个弥散张量的比例，取值在0～1之间，0代表了最大各向同性的弥散，比如在完全均质介质中的水分子弥散，1代表了假想下最大各向异性的弥散 脑白质中FA值与髓鞘的完整性、纤维的致密性及平行性呈正相关 2、相对各向异性（relative anisotropy，RA）和容积比（volume ratio，VR） RA为各向异性和各向同性成分的比例。VR等于椭球体的体积与半径为平均扩散率的球体体积之比。 两者的取值范围亦在0～1之间 ，RA的意义与FA相似，越接近1说明水分子的各向异性程度越高。而VR越接近1说明水分子的弥散越趋于各向同性 。 DTI的彩色弥散张量图 根据体素弥散的最大本征向量的方向决定白质纤维走行的原理，通过将X、Y、Z轴方向的主要本征向量分别配以红、绿、篮三种颜色 白质纤维束示踪成像（fiber tractography） 就是利用最大本征向量λ1对应纤维束传导方向将大脑中神经纤维束轨迹描出来，实现活体查看和研究中枢以及周围神经系统的神经通路的连接和连续性 。 其方法：从一个设置的种子位置开始追踪，直至遇到体素的FA值小于0.2 DTI在中枢神经系统的临床应用 大脑发育及衰老 出生后大脑仍继续发育、髓鞘化 ，2岁左右基本完成 遵循从下到上，从后到前，从中央到周围的规律进行髓鞘化 胆固醇逐渐降低，磷脂逐渐增多，最后形成成熟的髓鞘 在这个过程中，组织的各向异性不断增加，利用DTI技术，可以定量分析不同部位脑组织的各向异性程度，显示大脑的发育过程 在新生儿和婴幼儿的大脑白质ADC值比成人大而空间各向异性比成人小，随着大脑发育成熟，由于整体水份的减少和髓鞘化的进程，许多区域的ADC值降低、而FA值增加 并且一些区域的改变要明显早于传