DTI课件

磁共振弥散张量成像（DiffusionTensorImaging,DTI）主要内容概念原理临床应用技术操作DTI是一种通过DWI技术改进和发展，以三维形式显示神经纤维束的走行方向一项新技术。是无创性评价白质纤维束之间联系及其病变的一种技术。DTI是WHAT?中枢神经纤维精细成像DTI的价值DTI是目前唯一一种追踪脑白质纤维并反映其解剖连通性的方向的磁共振成像方式。DTI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。DTI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和DWI的异同扩散张量成像（DTI）是弥散加权成像（DWI）的一种高级形式。相同点：DTI与DWI的成像基础相同，都是基于水分子在不同结构的扩散方向和速度的差异。异同点：（1）两者所包含的信息量不同。DWI只用ADC一个参数描述，扩散程度的测量限于一个平面内，常低估组织的各向异性。DTI用多个参数（FA、AI、RA、VR）描述，从三维立体空间定量地分析水分子的扩散运动及相关性。（2）两者主要应用方向不同。DWI早期用于脑缺血的诊断，现发展为应用于各系统的感染、肿瘤和肿瘤性病变，在提高早期诊断和确定肿瘤范围方面有特殊价值。DTI包含了方向信息的向量图，主要用于评价组织结构的完整性，主要应用于脑、脊髓、心脏、及骨骼肌等具有规律走形的纤维束结构。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)两个基本概念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：DTI就是一种用数学的方法来表示脑组织内水分子弥散的各项异性均质介质中：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►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λ1λ2λ3，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=Dzy（只需计算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弥散张量成像：MR图像的每一个体素内提供水分子扩散，3X3扩散张量D分布用高斯Gaussian分布表示6个方向标量􀉧􀉧3个正交方向􀉧􀉧X、Y􀉧􀉧Z􀉧􀉧沿四面体3个方向􀉧􀉧XY􀉧􀉧XZ􀉧􀉧YZ􀉧􀉧多个参数􀉧􀉧FA、RA、VR等􀉧􀉧弥散张量成像：理论上最低用六个不同非共线方向上施加敏感梯度就可以成像，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——平均扩散率ADC：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（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1.部分各向异性指数（fractionalanisotropy，FA）FA值是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，例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FA图胼胝体内囊前肢扣带回额桥束皮丘束内囊后肢（皮质脊髓束，皮质球束,皮质桥脑束）外囊视放射扣带回胼胝体FA图上不能显示各神经束的走行方向彩色编码FA图胼胝体内囊前肢扣带回额桥束皮丘束内囊后肢（皮质脊髓束，皮质球束,皮质桥脑束）外囊视放射扣带回胼胝体彩色编码的FA图上能显示各神经束的走行方向，红色=左右走行，绿色=前后走行，蓝色=上下走行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、篮三种颜色分别代表了左右、前后、上下方向的纤维束。临床应用大脑发育及衰老脑肿瘤脑梗塞一：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统MRI的T1WI和T2WI的信号改变，被认为是前髓鞘化的表现。Schneider等学者对52名儿童（年龄段从1天－16岁）行DTI检查，测量各个区域脑白质的平均弥散率及FA值，结果发现平均弥散率随年龄增长而下降，FA值则表现为增加二：DTI在脑肿瘤中的应用1.定量分析肿瘤组织特点以鉴别肿瘤的级别，鉴别正常的白质纤维、水肿及肿瘤区域。2.测量瘤周的水肿的平均ADC值和FA值以分析鉴别转移瘤和胶质瘤.3.显示白质纤维和肿瘤的相互关系。利于指导外科手术，这是DTI技术最有临床价值和应用的前景。目前有学者利用FA图和彩色张量图将肿瘤和白质纤维的关系分为4种模式占位病变所致白质神经束变化的常见类型推移型水肿型破坏型浸润型混合型I：患侧纤维的FA值相对于对侧正常或轻微降低（降低25％）同时纤维的位置或/和方向发生改变。模式1为肿瘤挤压周围纤维移位，提示肿瘤为良性或侵袭性不强的恶性肿瘤。II：患侧纤维FA值相对于对侧明显降低（25％），同时纤维位置和方向正常。模式2提示瘤周发生水肿，但不排除有肿瘤侵入。III：患侧纤维FA值相对于对侧明显减低，同时纤维的走向发生改变模式3提示瘤周纤维被肿瘤侵入。IV：患侧纤维显示各向同性或近似同性，无法看出走行方向。模式4提示肿瘤破坏瘤周纤维，仅限于恶性肿瘤，但可以是高级别或低级别肿瘤。I型和IV型肿瘤全切I型，功能改善，IV型功能障碍不加重，生存期延长II型和III型部分切除，加强辅助治疗提高生存质量梗死区域的FA显著降低，早期平均ADC值降低，后期增高与梗死区相联系的的同侧内囊、大脑脚和桥脑处的皮质脊髓束FA较对侧显著降低，提示脑梗死后远端的皮质脊髓束可能存在进行性的Wallerian变性DTI通过对梗死远端皮质脊髓束FA值计算，可判断其变性程度，并预测患者的运动功能转归三、DTI在脑梗塞中的运用DWI有助于临床诊断早期、超早期脑梗死的及时诊断，DTI在检测脑梗死后皮质脊髓束损伤有着显著优势46Y，F，突发右侧无力十天左侧内囊后肢梗塞（正常FA图）DTI的前景展望可发现一些疾病的早期改变，了解主要传导通路的损伤程度。脑肿瘤的术前计划的制订及指导手术目前DTI最有前景的研究领域还在于将DTI技术和血氧水平依赖功能fMRI的联合应用于神经科学的研究方面，为神经科学、影像医学乃至整个医学界的研究开辟更广阔的前景。案例某男，44岁，颅内占位，术后复发，拟行第二次手术，来我院做头部MRI及DTI。临床医生要求：复发灶与周围运动神经的关系，希望在尽量保留患者躯体运动功能的前提下进行二次切除。PHILIPS3.0操作示范