磁共振弥散张量成像

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1、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。磁共振弥散张量成像（diffusiontensorimaging,DTI）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MR图像的信号DWI图像其方法就是在常规的MRI序列上

2、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（apparentdiffusioncoefficientADC）ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)DWI评估弥散的参数=&b=0b=1000ADCADC反映了水分子的扩散运动的能力,指水分子单位时间内扩散运动的范围，越高代表水分子扩散能力越强。正常组织随机运动的水分子---低信号细胞毒性水肿的组织运动受限的水分子---高信号AB组织内影响水分子弥散的因素细胞内外的体积变

3、化水分子通过细胞膜的渗透作用细胞外间隙形态的改变然而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。DTI则可以在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散的特性。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）DTI的基本原理在人体组织中，水分子的运动由于受到组织细胞结构的影响，在各个方向弥散程度是不同的，具有方向依赖性，即具有各向异性(anisotropy)两个概念要描述水

4、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在脑白质中由于髓鞘的阻挡，水分子的弥散被限制在与纤维走行一致的方向上，具有较高的各向异性，此时弥散张量可表示为椭球形，其特征值λ1>λ2>λ3，最大特征值对应的方向与经过该体素的纤维束走行平行二阶张量具有对称性，Dxy＝DyxDxz=DzxDyz=

5、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12个方向42个方向162个方向642个方向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

6、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（averagediffusioncoefficient，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正常的ADC图第二类是反映各向异性的参数部分各向异性指数（fractionalanisotropy，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

7、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－水分子垂直于神经纤维走向的弥散运动困难－水分子平行于神经纤维走向的弥散运动容易在FA图上，脑白质为高信号，表现出比较高的各向异性，纤维排列最大程度趋于一致时,FA值也就越接近1，例如胼胝体，而脑灰质与脑脊液因趋向各向同性表现为低信号胼胝体>内囊后肢>内囊前肢>外囊>半卵园中心2、相对各向异性（relativeanisotropy，RA）和容积比（volumeratio，VR）RA为各向异性和各向同性成

8、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。VR图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（fibertractography）就是利用最大本征向量λ1对