DTI彌散張量成像

DTI彌散張量成像彌散張量成像（DTI）DTI是一種通過DWI技術(shù)改進和發(fā)展，以三維形式顯示神經(jīng)纖維束的走行方向一項技術(shù)。是無創(chuàng)性評價白質(zhì)纖維束之間的聯(lián)系及其病變的一種技術(shù)彌散是指分子的隨機不規(guī)則運動，是人體重要的生理活動，是體內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式之一，又稱布朗運動。彌散是一物理過程，其原始動力為分子所具有的熱能。DTI的價值DTI是目前唯一一種追蹤腦白質(zhì)纖維并反映其解剖連通性的方向的磁共振方式。DTI實現(xiàn)活體觀察組織結(jié)構(gòu)的完整性和連通性，利于對各種疾病的引起的白質(zhì)纖維束的損害程度及范圍的判斷。DTI可用于顯示腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)傳導束的走行方向，實現(xiàn)對人的中樞神經(jīng)纖維精細成像。DTI和DWI的異同彌散張量成像是彌散加權(quán)成像的一種高級形式。相同點：DTI與DWI的成像基礎(chǔ)相同，都是基于水分子在不同結(jié)構(gòu)的擴散方向和速度差異。異同點：（1）兩者所包含的信息量不同。DWI只用ADC一個參數(shù)描述，擴散程度的測量限于一個平面內(nèi)，常低估組織的各向異性。DTI用多個參數(shù)描述，從三維立體空間定量地分析水分子的擴散運動及相關(guān)性。（2）兩者主要應(yīng)用方向不同，DWI早期用于腦缺血的診斷，現(xiàn)發(fā)展為應(yīng)用于各系統(tǒng)的感染、腫瘤和腫瘤性病變，在提高早期診斷和確定腫瘤范圍方面有特殊價值。DTI包含了方向信息的向量圖，主要用于評價組織結(jié)構(gòu)的完整性，主要應(yīng)用于腦、脊髓、心臟、及骨骼肌等具有規(guī)律走形的纖維束結(jié)構(gòu)。DTI的兩個基本概念各向同性各向異性各向同性指在完全均勻的介質(zhì)中，分子的運動由于沒有障礙，向各個方向運動的距離是相等的，此種彌散方式稱為各向同性例如在純水中水分子的彌散即為各向同性彌散，在人腦組織中，腦脊液及大腦灰質(zhì)中水分子的彌散近似各向同性彌散。水分子在自由狀態(tài)下的彌散是各向同性的各向異性具有方向依賴性，在按一定方向排列的組織中，分子向各個方向彌散的距離不相等，則稱為各向異性基本原理人體內(nèi)的水分子同體外水分子的運動不同，它不僅受組織細胞本身特征的影響，而且還受細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在具有固定排列順序的組織結(jié)構(gòu)中，如神經(jīng)纖維束。水分子在三維空間內(nèi)各個方向上擴散運動的快慢不同，水分子通常更傾向于沿著白質(zhì)纖維束走行的方向進行擴散，而很少沿著垂直于白質(zhì)纖維束走行的方向進行擴散，這種具有方向依賴性的擴散即稱為擴散的各向異性，其運動軌跡近似一個橢球體。橢球體的半徑稱為本征向量，其中最大半徑稱為主本征向量。

要描述水分子的空間彌散情況，引入了張量的概念，腦白質(zhì)中每一個體素的各向異性擴散過程就可以用張量D表示。需要用一個二維矩陣表示：

DTI就是一種用數(shù)學的方法來表示腦組織內(nèi)水分子彌散的各項異性DTI量化參數(shù)平均彌散系數(shù)（ADC）部分各向異性指數(shù)（FA）相對各向異性（RA）容積比（VR）平均彌散系數(shù)（ADC）

MR成像體素內(nèi)各個方向擴散幅度的平均值代表了某一體素內(nèi)水分子擴散的大小或程度。通常所用的指標就是平均彌散系數(shù)，反應(yīng)了水分子單位時間內(nèi)擴散運動的范圍，單位是mm2/s，其值越大，說明水分子擴散能力越強。ADC自由水的ADC值大約為2.5x10-3mm2/S正常腦組織的ADC值為-3mm2/S腦組織急性病變的ADC值多為降低腦組織亞急性或慢性病變的ADC值多為升高在ADC圖中，信號強度與ADC值呈正比，因此腦脊液為高信號而腦實質(zhì)為低信號。正常ADC部分各向異性指數(shù)（FA）FA值是分析各向異性最常用的參數(shù)，指彌散的各向異性部分與彌散張量總值的比值。 反應(yīng)了各向異性成分占整個彌散張量的比例，取值在0～1之間，0代表了最大各向同性的彌散，例如在完全均質(zhì)介質(zhì)中的水分子彌散，1代表了假想下最大各向異性的彌散FA圖胼胝體內(nèi)囊前肢扣帶回額橋束皮丘束內(nèi)囊后肢（皮質(zhì)脊髓束，皮質(zhì)球束,皮質(zhì)橋腦束）外囊視放射扣帶回胼胝體FA圖上不能顯示各神經(jīng)束的走行方向彩色編碼FA圖胼胝體內(nèi)囊前肢扣帶回額橋束皮丘束內(nèi)囊后肢（皮質(zhì)脊髓束，皮質(zhì)球束,皮質(zhì)橋腦束）外囊視放射扣帶回胼胝體彩色編碼的FA圖上能顯示各神經(jīng)束的走行方向，紅色=左右走行，綠色=前后走行，藍色=上下走行相對各向異性（RA）和容積比（VR）RA為各向異性和各向同性成分的比例。VR等于橢球體的體積與半徑為平均擴散率的球體體積之比。兩者的取值范圍亦在0～1之間，RA的意義與FA相似，越接近1說明水分子的各向異性程度越高。而VR越接近1說明水分子的彌散越趨于各向同性。評價參數(shù)將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機后處理后轉(zhuǎn)換成以下參數(shù)成像，包括平均彌散系數(shù)（ADC）、部分各向異性（FA）、相對各向異性（RA）、容積比（VR）根據(jù)各個方向的水分子運動信息，可觀察腦白質(zhì)纖維束的走行、完整性和方向性。因此應(yīng)用FA、RA、VR值和FA、AR、VR圖可以對每個體素水分子的彌散運動進行量化，又可描述大多數(shù)水分子的彌散方向。DTI彌散彩色圖據(jù)體素彌散的最大本征向量的方向決定白質(zhì)纖維走行的原理，通過將X、Y、Z軸方向的主要本征向量分別配以紅、綠、籃三種顏色

分別代表了左右、前后、上下方向的纖維束。DTI彌散示蹤圖基本原理通過第一個體素主本征向量的方向?qū)ふ蚁乱粋€主本征向量與其最接近的體素，將這些體素連接起來達到顯示白質(zhì)纖維束的目的。彌散張量的示蹤圖需要聯(lián)合應(yīng)用相應(yīng)的示蹤ADC和FA圖進行評價。白質(zhì)纖維束示蹤成像技術(shù)應(yīng)用DTI數(shù)據(jù)選擇專用的軟件可以建立擴散示蹤圖，來描述白質(zhì)纖維束的走行形態(tài)交互式3D瀏覽窗口，用以顯示解剖和纖維束信息。矩形瀏覽窗是作為位置參考，彩色線提示所顯示矩形窗層面所在的位置。

瀏覽窗

矩形瀏覽窗

彩色線界面簡介從圖像索引窗拖拉一組解剖數(shù)據(jù)到軟件中，解剖圖可以和FA圖的顏色相融合圖像融合瀏覽圖像轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)瀏覽單個感興趣區(qū)纖維束示蹤技術(shù)通過瀏覽圖像找到最適合畫感興趣區(qū)的層面，執(zhí)行單個感興趣區(qū)纖維束追蹤單個感興趣區(qū)纖維束示蹤技術(shù)手動畫感興趣區(qū)，畫完后釋放鼠標，感興趣區(qū)的纖維束就會立刻重建出來。纖維束示蹤圖臨床應(yīng)用大腦發(fā)育及衰老腦腫瘤腦梗塞大腦發(fā)育及衰老出生后大腦仍繼續(xù)發(fā)育、髓鞘化2歲左右基本完成遵循從下到上，從后到前，從中央到周圍的規(guī)律進行髓鞘化膽固醇逐漸降低，磷脂逐漸增多，最后形成成熟的髓鞘在這個過程中，組織的各向異性不斷增加，利用DTI技術(shù)，可以定量分析不同部位腦組織的各向異性程度，顯示大腦的發(fā)育過程

腦腫瘤定量分析腫瘤組織特點以鑒別腫瘤的級別，鑒別正常的白質(zhì)纖維、水腫及腫瘤區(qū)域。測量瘤周的水腫的平均ADC值和FA值以分析鑒別轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)瘤.顯示白質(zhì)纖維和腫瘤的相互關(guān)系。利于指導外科手術(shù)，這是DTI技術(shù)最有臨床價值和應(yīng)用的前景。目前有學者利用FA圖和彩色張量圖將腫瘤和白質(zhì)纖維的關(guān)系分為4種模式I：患側(cè)纖維的FA值相對于對側(cè)正?；蜉p微降低（降低<25％）同時纖維的位置或方向發(fā)生改變。模式1為腫瘤擠壓周圍纖維移位，提示腫瘤為良性或侵襲性不強的惡性腫瘤。II：患側(cè)纖維FA值相對于對側(cè)明顯降低（>25％），同時纖維位置和方向正常。模式2提示瘤周發(fā)生水腫，但不排除有腫瘤侵入。

III：患側(cè)纖維FA值相對于對側(cè)明顯減低，同時纖維的走向發(fā)生改變模式3提示瘤周纖維被腫瘤侵入。IV：患側(cè)纖維顯示各向同性或近似同性，無法看出走行方向。模式4提示腫瘤破壞瘤周纖維，僅限于惡性腫瘤，但可以是高級別或低級別腫瘤。

I型和IV型腫瘤全切I型，功能改善，IV型

功能障礙不加重，生存期延長II型和III型部分切除，加強輔助治療提高生存質(zhì)量腦梗塞DWI有助于臨床診斷早期、超早期腦梗死的及時診斷，DTI在檢測腦梗死后皮質(zhì)脊髓束損傷有著顯著優(yōu)勢梗死區(qū)域的FA顯著降低，早期平均ADC值降低，后期增高與梗死區(qū)相聯(lián)系的的同側(cè)內(nèi)囊、大腦腳和橋腦處的皮質(zhì)脊髓束FA較對側(cè)顯著降低，提示腦梗死后遠端的皮質(zhì)脊髓束可能存在進行性的瓦氏變性（Wallerian變性）DTI通過對梗死遠端皮質(zhì)脊髓束FA值計算，可判斷其變性程度，并預測