基于弥散张量图像的白质纤维束追踪技术研究
弥散张量成像技术在癫痫病研究中的应用进展
弥散张量成像技术在癫痫病研究中的应用进展薛开庆;张涛【摘要】弥散张量成像是一种利用水分子在人体不同组织中呈现出不同的弥散特征进行成像的技术.文章介绍了弥散张量成像技术的基本原理并详细描述了各种弥散张量成像技术的数据处理方法及在癫痫疾病研究中的应用进展,主要包括手绘感兴趣区方法、基于体素分析方法和基于纤维素示踪方法等,最后指出目前弥散张量成像技术及在癫痫研究中存在的主要问题及未来的研究方向,主要包括抗癫痫药物的影响、纤维束追踪算法、多模态融合、信息传递方向等.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】7页(P62-68)【关键词】弥散张量成像;脑网络;癫痫【作者】薛开庆;张涛【作者单位】西华大学计算机与软件工程学院,四川成都610039;电子科技大学生命科学与技术学院,神经信息教育部重点实验室,四川成都610054;西华大学心理健康服务与研究中心,四川成都610039;电子科技大学生命科学与技术学院,神经信息教育部重点实验室,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】R445.2;TP391.41癫痫(epilepsy)俗称“羊角风”或“羊癫风”，是大脑神经元突发性异常放电，进而导致大脑短暂功能障碍的一种慢性神经疾病[1]。
全世界大约有6 500万癫痫患者，癫痫反复发作严重影响了他们的身心健康，给他们家庭带来了沉重的经济负担。
弥散张量成像(diffusion tensor imaging， DTI)是一种磁共振成像技术，其无创和无辐射等优良特性，引起了研究者的极大兴趣[2]。
DTI为研究包括癫痫在内的各类神经精神疾病提供了新视角，也可能为疾病的早期诊断和治疗评价提供影像学标记[3- 4]。
和常规磁共振成像扫描相比，DTI对局灶性癫痫患者的病灶定位更具价值，使用弥散成像定量图，综合多学科的评估，可以对大脑细微病变进行检测[5-6]；DTI也可以判定大脑结构异常的程度和范围，在设置颅内电极和手术切除病灶上具有指导意义[7]；对于儿童失神癫痫这些在常规成像方式下没有明显脑结构异常的疾病，通过DTI也可能发现某些微细结构的异常[8]；DTI也可以重建大脑的白质纤维，进而构建全脑网络，这有助于研究癫痫基本的病理生理机制，可以辅助疾病的诊断和治疗[9-10]。
【基础理论】弥散张量成像（DiffusionTensorImage,DTI）
【基础理论】弥散张量成像（DiffusionTensorImage,DTI）展开全文弥散张量成像（Diffusion tensor image, DTI），是通过测量水分子的弥散过程来评价生物组织结构和生理状态，被公认为当前最有吸引力的无创性检查方法。
使用这种方法可获得检测脑白质组织的完整性的量化图，以及辨别脑纤维束三维宏观结构图（如，脑皮层下灰质核的投射区及皮层间的纤维连接）。
最近，有报道使用DTI 评价脑白质的解剖结构和病变进程，虽然这种方法在研究脑白质方面具有很大潜力，但要成为一种临床上常规使用方法仍有一些困难。
本部分将讲述如何计算有效弥散张量（D eff），并讨论数据采集、计算及图象产生的相关问题，同时也将展示一些经验，包括使用量化图和白质束图来评价脑白质和鼠大脑发育过程中的形态改变。
DTI测量中的基本概念矢量通常可以用箭头表示，如对于速度，箭头的方向描述运动的方向，而箭头的长度可以描述运动的速率(m/s)。
这种箭头在数学的描述就可以有3个独立的数字来代表：长度或两个角度，或是三维坐标 (x, y和z轴)。
流动的液体能够通过各个位置上速度矢量进行描述，每一点上的矢量在空间上分布将构成矢量场。
1各向异性和各向同性组织内水分子的随机位移通常受到介质组织结构和生理因素的影响，如果在介质组织中水分子的弥散在所有的方向都是相同的，经过一定时间的弥散后水分子的弥散轨迹将成一个球形，此种弥散过程称为各向同性；相反，如果各方向的弥散相互独立，则称为各向异性，这种情况下水分子经过一段时间的弥散会在空间分布上形成一个椭球（图1）。
扩散的特性能够通过三维椭球图来描述，这需要6个独立的数字来定义方向和椭球轴的长度。
水分子在脑白质中的弥散在三维空间上是各向异性的，主要是由于脑白质神经纤维束在宏观和微观上的结构特点，如髓鞘、轴突和纤维束等对水分子弥散的限制作用，使水分子的弥散过程在空间上表现为椭球形。
通过评估椭球的特点，即可获得有关脑白质的生理和结构（如解剖和组织病理学）信息。
弥散张量成像技术在脑肿瘤手术中的应用
弥散张量成像技术在脑肿瘤手术中的应用摘要：目的：研究分析弥散张量成像技术对脑肿瘤的诊断价值，以供临床参考和借鉴。
方法：选择我院2009年8月～2012年9月我院收治的脑肿瘤患者77例为研究对象，根据患者的病理诊断结果分为两组，其中良性肿瘤患者51例，恶性肿瘤患者26例，所有患者均进行弥散张量成像技术进行诊断，对比观察两组患者的检查结果。
结果：良性肿瘤与恶性肿瘤患者均伴有瘤周白质纤维束移位；良性肿瘤的瘤周水肿区白质纤维束多伴有水肿、浸润；恶性肿瘤白质纤维束多破坏，两组各情况比较，p<0.05，差异有统计学意义。
结论：弥散张量成像技术能够对脑肿瘤患者进行有效的诊断，其能够清晰直观地观察脑肿瘤与周围白质纤维束的关系，判断脑肿瘤的良性与恶性。
关键词：弥散张量成像脑肿瘤白质纤维束doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2013.02.007【中图分类号】r4【文献标识码】a【文章编号】1671-8801（2013）02-0008-01 弥散张量成像是临床可以对水分子弥散测量和成像的一种方法，可以有效地反映水分子的围观运动，从细胞水平研究脑部疾病。
而成人脑肿瘤所占比例较高，占全身恶性肿瘤的1.5%左右[1]，其包括良性与恶性肿瘤。
其中恶性肿瘤对化疗和放疗均有较高的耐受性，复发率较高。
因此临床准确地选择治疗方案对患者十分重要。
本文研究分析弥散张量成像技术对脑肿瘤的诊断价值，以供临床参考和借鉴，报告如下：1资料与方法1.1一般资料。
选择我院2009年8月～2012年9月我院收治的脑肿瘤患者77例为研究对象，根据患者的病理诊断结果分为两组，其中良性肿瘤患者51例，恶性肿瘤患者26例。
良性肿瘤患者51例中，男性34例，女性17例，患者年龄在19～68岁之间，平均为（48.02±7.85）岁；其中包括良性脑膜瘤28例，星状细胞瘤i 级23例。
恶性肿瘤患者26例中，男性14例，女性12例，患者年龄在28～74岁之间，平均为（50.51±6.02）岁。
磁共振新技术DKI和IVIM在研究现状
磁共振新技术DKI和IVIM在研究现状一、内容简述随着磁共振成像技术的不断发展，数字图像处理技术在磁共振成像中的应用越来越广泛。
其中双维弥散加权成像(DKI)和内插反转恢复变换(IVIM)是两种常见的数字图像处理技术，它们在磁共振成像研究中具有重要的应用价值。
本文将对这两种新技术的研究现状进行简要介绍，以期为相关领域的研究者提供参考。
DKI是一种基于梯度方向的像素分布分析方法，通过计算像素点的梯度方向来描述组织结构的分布信息。
DKI在脑功能连接、脑灰质异型和白质纤维束追踪等方面具有广泛的应用。
近年来随着算法的优化和硬件设备的升级，DKI在磁共振成像研究中的应用逐渐受到关注。
IVIM是一种基于傅里叶变换的图像重建方法，通过对原始图像进行傅里叶变换和逆变换，实现对图像的重建。
IVIM在脑部疾病的诊断和研究中具有较高的准确性和可靠性。
然而由于IVIM重建过程复杂且计算量大，限制了其在实际临床应用中的推广。
近年来研究人员针对IVIM的一些问题进行了改进，如采用并行计算、引入先验信息等方法，以提高IVIM的重建效率和质量。
DKI和IVIM作为磁共振成像领域的重要数字图像处理技术，在脑功能连接、脑结构分析和疾病诊断等方面具有广泛的研究前景。
随着技术的不断进步和应用场景的拓展，这两种技术在未来的研究中将发挥更加重要的作用。
1. 背景介绍随着磁共振成像技术的不断发展，越来越多的研究者开始关注到一种新型的磁共振成像技术——弥散加权成像(DWI)和梯度回波成像(bMRI)。
这两种技术在过去的几年里取得了显著的进展，不仅在临床诊断中得到了广泛应用，而且在基础研究领域也取得了重要突破。
本文将对DKI和IVIM这两种磁共振新技术的研究现状进行综述，以期为相关领域的研究者提供参考。
磁共振成像(MRI)是一种利用磁场和射频脉冲来获取人体内部结构信息的无创性检测技术。
自20世纪70年代问世以来，MRI已经在临床诊断、生物医学工程、神经科学等领域取得了显著的成果。
DTI（弥散张量成像）简介及原理（转）
DTI（弥散张量成像）简介及原理（转）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.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。
磁共振弥散张量成像和DTT技术在脑胶质瘤诊治中的应用价值
磁共振弥散张量成像和DTT技术在脑胶质瘤诊治中的应用价值陈媛慧;龚毅;胡芳芳【摘要】目的探讨磁共振弥散张量成像和纤维束成像技术在脑胶质瘤诊治中的临床价值.方法选择我院于2014年2月至2017年2月间收治的脑胶质瘤患者40例,根据级别高低分为两组,并分别行DTI检查和常规MRI检查,将数据处理后得到FA值和DTT图.结果⑴同低级别胶质瘤瘤周水肿相比较,高级别胶质瘤周水肿区的FA值相对较低(P<0.05);⑵同低级别胶质瘤实体区相比较,高级别胶质瘤实体区FA 值相对较低(P<0.05);⑶高级别胶质瘤周围白质纤维束一般表现为中断或稀疏,而低级别胶质瘤周围纤维束一般表现为移位或正常;⑷同肿瘤的瘤周水肿区相比,肿瘤实体区的FA值相对较低.结论胶质瘤级别的高低可以通过FA值进行区分,而DTT图可以为手术区域的划分提供指导帮助.【期刊名称】《江西医药》【年(卷),期】2017(052)009【总页数】3页(P919-921)【关键词】磁共振弥散张量成像;纤维束成像技术;脑胶质瘤【作者】陈媛慧;龚毅;胡芳芳【作者单位】江西省南昌市第一医院影像科,南昌 330008;江西省南昌市第一医院影像科,南昌 330008;江西省南昌市第一医院影像科,南昌 330008【正文语种】中文【中图分类】R739.41随着人们生活方式的不断改变和社会的不断发展，各类临床疾病的发生率显著升高，脑胶质瘤的临床发生率显著上升[1，2]。
而因为脑胶质瘤的发病部位较为特殊，给该病的临床诊断和治疗带来了较大的困难。
当前对于脑胶质瘤的治疗以手术治疗为主，并对患者术后给予化疗和放疗以及免疫和基因治疗等[3，4]。
对于外科手术计划的制定和放疗及化疗的预后评估进行准确可靠的术前肿瘤的级别区分都是极为重要的。
低级别及高级别胶质瘤可以通过特殊的核磁共振成像进行鉴别和区分[5]。
例如：肿瘤周围的水肿影、肿瘤内出血及坏死等都可以提示肿瘤的恶性性质。
DTI弥散张量资料讲解
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DTI量化参数
平均弥散系数（ADC） 部分各向异性指数（FA） 相对各向异性（RA） 容积比（VR）
DTI弥散张量
弥散张量成像（DTI）
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 一项技术。 是无创性评价白质纤维束之间的联系及其病变的一种技术
弥散
是指分子的随机不规则运动，是人体重要的生理活动，是体内的物质转运方 式之一，又称布朗运动。弥散是一物理过程，其原始动力为分子所具有的热 能。
FA 图
额桥 束 皮丘 束
外囊
胼胝 体
扣带回
扣带回 胼胝体 内囊前肢 内囊后肢（皮质脊髓束， 皮质球束,皮质桥脑束）
视放射
FA 图上不能显示各神经束的走行方向
彩色编码FA图
额桥 束 皮丘 束
外囊
胼胝 体
扣带回
扣带回 胼胝体 内囊前肢
内囊后肢（皮质脊髓束， 皮质球束,皮质桥脑束）
视放射
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
基本原理
人体内的水分子同体外水分子的运动不同，它不仅受组织细胞本身特征的影响，而且还受细胞内部结构 的影响。
在具有固定排列顺序的组织结构中，如神经纤维束。水分子在三维空间内各个方向上扩散运 动的快慢不同，水分子通常更倾向于沿着白质纤维束走行的方向进行扩散，而很少沿着垂直 于白质纤维束走行的方向进行扩散，这种具有方向依赖性的扩散即称为扩散的各向异性，其 运动轨迹近似一个椭球体。椭球体的半径称为本征向量，其中最大半径称为主本征向量。
磁共振弥散张量成像技术的应用研究现状
综述һ基金项目:广西科技研究与技术开发计划课题(２０１５ＢＣ１２１８２)ꎻ广西壮族自治区卫生厅中医药科技专项(ＧＺＫＺ１０￣０６０)作者简介:刘建航(１９７６~)ꎬ男ꎬ博士ꎬ主任医师ꎬ研究方向:中医骨伤ꎮ通信作者:陈道云(１９８９~)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ住院医师ꎬ研究方向:中医骨伤ꎬ电子邮箱:６４９８７２０３７＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ磁共振弥散张量成像技术的应用研究现状刘建航１㊀谢桂鑫２㊀刘㊀昊２㊀陈道云３㊀汤显能２㊀雷㊀振２㊀余绍涌２㊀吴海波２(广西中医药大学１附属瑞康医院正骨推拿科ꎬ２研究生院ꎬ南宁市㊀５３００００ꎬ电子邮箱:ｌｉｕｊｉａｎｈａｎｇ＠１６３.ｃｏｍꎻ３湖南省临武县中医医院骨伤科ꎬ郴州市㊀４２４３００)ʌ提要ɔ㊀磁共振弥散张量成像(ＭＲ￣ＤＴＩ)是一种目前较新型的成像技术ꎬ其运用专门的处理软件对捕捉到的水分子动态方向进行特殊处理ꎬ从而达到观察白质纤维束的目的ꎮ目前该技术已广泛应用于大脑中枢及神经系统的检查ꎬ随着该技术的发展ꎬ其在其他组织器官的应用亦越来越多ꎮ本文阐述了ＭＲ￣ＤＴＩ技术的相关应用情况并进行总结与展望ꎬ以期帮助临床更好地认识及应用ＭＲ￣ＤＴＩ技术ꎮʌ关键词ɔ㊀磁共振成像ꎻ弥散张量成像ꎻ神经系统ꎻ运动系统ꎻ应用ꎻ综述ʌ中图分类号ɔ㊀Ｒ４４５.２㊀㊀ʌ文献标识码ɔ㊀Ａ㊀㊀ʌ文章编号ɔ㊀０２５３￣４３０４(２０１８)１７￣２００４￣０４ＤＯＩ:１０.１１６７５/ｊ.ｉｓｓｎ.０２５３￣４３０４.２０１８.１７.２５㊀㊀磁共振弥散张量成像(ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒｉｍａｇｉｎｇꎬＭＲ￣ＤＴＩ)技术是近年来得到充分发展的后处理及成像技术ꎬ其以扩散加权成像为基础ꎬ结合水分子在组织内自由热运动时的各向异性特点进行成像ꎬ从而达到观察人体各组织微观结构及研究人体功能的目的ꎮ当前ＭＲ￣ＤＴＩ技术的研究与应用处于起步时期ꎬ主要应用于大脑中枢的检查与研究ꎮ近年来随着影像技术的发展ꎬ其在其他组织器官ꎬ特别是在肌肉组织中的应用价值受到越来越多的关注ꎮ本文就ＭＲ￣ＤＴＩ技术的相关应用研究进展做一综述ꎮ１㊀ＭＲ￣ＤＴＩ的常用参数ＭＲ￣ＤＴＩ这一概念由Ｂａｓｓｅｒ等[１]于１９９４年首次提出ꎮ水分子弥散是一种在人体中广泛存在且十分重要的生理生化现象ꎬＭＲ￣ＤＴＩ是一项以扩散加权成像技术作为基础ꎬ将组织中水分子弥散的各向异性作为原理而成像的新兴磁共振技术ꎬ是当前唯一能够反映水分子在组织中运行交换功能状态的影像学检查方法ꎮＭＲ￣ＤＴＩ的常用参数有平均弥散率(ｍｅａｎｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙꎬＭＤ)㊁各向异性分数(ｆｒａｃｔｉｏｎａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙꎬＦＡ)㊁相对各向异性(ｒｅｌａｔｉｖｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙꎬＲＡ)ꎮ(１)ＭＤ表示在单位时间里水分子的扩散运动范围ꎮＭＤ值越大ꎬ代表在组织里水分子数量越多ꎬ扩散能力越强ꎮ在人体中ꎬ细胞内外的体积改变㊁水分子穿过细胞膜时所产生的渗透效应和细胞外间隙之间形态的变化均会影响水分子扩散强度[２]ꎮ(２)ＦＡ指在整体弥散张量中水分子的各向异性成分在其中所占的比例ꎬ可通过计算弥散张量的本征值得到ꎻ其范围在０~１之间ꎬ０表示不同同性的弥散ꎬ１则表示不同异性弥散[２]ꎮ(３)ＲＡ指水分子弥散的各向异性成分与各向同性成分之间的比值[３]ꎮ(４)扩散张量纤维束成像(ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙꎬＤＴＴ):ＤＴＴ是在ＭＲ￣ＤＴＩ基础上发展而来的白质纤维束成像ꎬ是目前唯一能显示人体神经纤维束的无创方法ꎬ可以较为直观地展示纤维束的走行方向及其整体形态ꎬ并可对局部的纤维束密度及其常规ＭＲ￣ＤＴＩ参数进行测量[４－５]ꎮ２㊀ＭＲ￣ＤＴＩ技术在脑神经中的应用２.１㊀脑发育与老化㊀Ｍｉｃｈｉｅｌｓｅ等[６]通过ＭＲ￣ＤＴＩ技术发现脑白质在老化过程中对纤维束具有选择性ꎻ年龄与前额叶白质的退化程度密切相关ꎬ而对扣带㊁皮质脊髓束㊁颞叶等纤维的退化影响则不显著ꎮ李翠宁等[７]对不同年龄段正常人进行左㊁右利手脑投射纤维ＭＤ及ＦＡ进行定量研究ꎬ发现青年人右侧的脑桥皮质脊髓束ＦＡ值较左侧低ꎬ且随着年龄的增大ꎬ在脑桥当中的投射纤维ＦＡ值会逐渐降低ꎬ而到中老年时两侧的脑桥投射纤维ＦＡ值几乎相等ꎮ这提示正常人脑左㊁右侧的投射纤维ＭＲ￣ＤＴＩ参数是否对称与年龄因素相关ꎬ且年龄与脑桥中投射纤维的ＦＡ值则呈负相关ꎮ２.２㊀阿尔茨海默病㊀既往运用ＭＲ￣ＤＴＩ对阿尔茨海默病和轻度认知功能障碍患者关于扣带束的研究中ꎬ多集中在扣带回后部的深部扣带束处和海马旁回深部的白质ꎬ并通过分析ＦＡ值及ＭＤ值在病变处的增减特点ꎬ来判断其微观结构的完整性是否受损ꎮ周炯等[８]通过ＭＲ￣ＤＴＩ技术观测脑白质在阿尔茨海默病患者中的演变进程ꎬ发现在反映病情进展方面ＭＤ值较ＦＡ值灵敏ꎬ且在随后的病情发展中ꎬ额叶以外的白质和扣带回可被已经受累的脑白质区域所累及ꎬ同时胼胝体膝部㊁前扣带回㊁顶叶㊁颞叶㊁左枕叶及右额叶的ＭＤ值也与反映认知能力的神经心理学评定结果相关ꎬ这表明了在阿尔茨海默患者中ꎬ受累脑白质微结构的改变与患者认知能力的改变密切相关ꎮ龚必焱等[９]通过运用轴向扩散系数(ａｘｉａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙꎬＤＡ)㊁径向扩散系数(ｒａｄｉａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙꎬＤＲ)及ＦＡ参数对属于边缘(Ｐａｐｅｚ)环路之一的海马－扣带束－扣带回白质通路进行微观结构病理变化的研究ꎬ发现阿尔茨海默病患者病情越重ꎬ对应的ＤＡ值越小ꎬ可将ＤＡ值作为评判病情的敏感数值ꎻ同时也发现相对于ＦＡ值ꎬＤＡ及ＤＲ参数组合能更好地反映脑白质微观结构完整性的变化ꎮ２.３㊀癫痫㊀ＭＲ￣ＤＴＩ既可以检测到ＲＡ㊁ＭＤ等参数在局部脑区的变化ꎬ又能进一步观察全脑与病灶的结构连接变化ꎬ因此有利于全面地研究癫痫发病机制ꎮＫｎａｋｅ等[１０]发现ꎬ在癫痫病灶中ＭＤ值增高ꎬ且与Ｔ２弛豫时间呈正相关ꎬ与海马体积呈负相关ꎬ而ＦＡ值的变化及其与其他指标的关系则与ＭＤ值相反ꎻ同时ꎬＫｎａｋｅ等还发现ＭＤ值在对癫痫隐源性病灶的定位中拥有较高的敏感性ꎮ朱湘文等[１１]应用ＭＲ￣ＤＴＩ技术研究了８名患有癫痫合并室管膜下型灰质异位患者的纤维束ꎬ发现在这８名患者中均存在源于异位灰质团的白质纤维束ꎬ这可能与异位灰质团同其周围结构所形成的功能连接结构基础以及其本身所具备的一定功能相关ꎬ同时也可能是癫痫网络存在的结构基础ꎮ２.４㊀精神疾病㊀近年随着ＭＲ￣ＤＴＩ技术深入应用于脑部研究ꎬ在精神分裂症患者中陆续发现一些纤维束如扣带束㊁弓状束㊁胼胝体㊁钩束㊁枕额束㊁颞叶皮层下白质㊁枕叶㊁额叶及顶叶等存在局部白质完整性异常的情况ꎬ且上述区域ＦＡ值下降是其主要表现之一ꎮ有学者对精神分裂症患者上述区域的ＤＡ㊁ＤＲ进行研究ꎬ发现ＤＲ在以上区域升高但ＤＡ却没有降低ꎬ认为ＤＲ的升高可能引起这些区域ＦＡ值降低[１２]ꎮ２.５㊀多发性硬化症㊀运用ＭＲ￣ＤＴＩ可以观察水分子在神经纤维脱髓鞘后的各向异性变化ꎬ对进一步研究神经纤维的微观病理学变化十分有利ꎮ在多发性硬化症病灶的周围ＦＡ值明显降低ꎬ而ＭＤ值则明显增高ꎻ病灶ＭＤ值在活动期强化阶段或非活动期无强化阶段并无显著差异ꎬ但病灶的ＦＡ值在活动期强化阶段则明显降低ꎬ这表明脑白质在两个不同阶段其损伤程度不全相同ꎮ２.６㊀脑肿瘤㊀分布于肿瘤四周的白质纤维束及其与肿瘤之间的解剖关系可在ＤＴＴ及弥散加权成像上清楚显现ꎬ而肿瘤内部组织的微观结构能够在ＭＤ值及ＦＡ值上得到一定程度的显示ꎬ这对于区分正常脑组织与肿瘤组织十分有利ꎮ以往ＭＲ￣ＤＴＩ在脑肿瘤的应用研究主要集中于胶质瘤级别的鉴别ꎬ胶质瘤与转移瘤㊁胶质母细胞瘤与淋巴瘤间的区分ꎬ肿瘤性质的判断与术中神经的导航等方面ꎬ相关研究显示ＭＲ￣ＤＴＩ对于制订术前方案㊁术中过程导航及术后的跟踪随访具有显著的意义[１３－１４]ꎮ３㊀ＭＲ￣ＤＴＩ技术在脊髓中的应用目前ＭＲ￣ＤＴＩ技术在脊髓方面主要应用于颈部的脊髓ꎮ脊髓受压信号的变化及形态虽然能在常规磁共振序列当中清楚地显示ꎬ但仍不能通过常规磁共振序列准确判断其病变损伤程度ꎮＥｌｌｉｎｇｓｏｎ等[１５]发现ＦＡ值的增减程度与脊髓损伤的完整性有着密切关系ꎬＦＡ值的下降意味着流动水分子在脊髓软化灶中增多且各向异性变低ꎻＦＡ值下降程度越大ꎬ对应的脊髓慢性损害程度㊁神经受损程度及患者的临床症状则越严重ꎮ刘秀香等[１６]认为ＦＡ值是临床较为敏感的量化指标ꎬ能更加准确反映脊髓损伤严重程度ꎬ在早期脊髓轻微受损的检测中更具有临床意义ꎻ在对脊髓型颈椎病的诊断中ꎬＭＲ￣ＤＴＩ相对于常规的ＭＲＩ更精确㊁敏感ꎬ可作为临床检测脊髓慢性受损程度的一种可靠影像学诊断手段ꎮ４㊀ＭＲ￣ＤＴＩ技术在肌肉系统中的应用ＭＲ￣ＤＴＩ作为一项新的影像检查技术ꎬ其在肌肉组织中的应用还非常有限ꎬ有待进一步的研究ꎮ肌肉力量的减弱常由急性损伤㊁慢性劳损㊁不良姿势与体位㊁炎症感染等因素导致ꎮ处于损伤早期的颈部肌肉常有急性无菌性炎症反应ꎬ如出血㊁水肿㊁粘连㊁渗出等ꎬ而在损伤后期则会出现颈部肌肉组织的僵硬和肿胀ꎻ长时间的肌肉炎症㊁僵硬和肿胀会逐渐导致慢性纤维组织的炎性改变ꎮ患有颈椎病的人群因颈部肌肉损伤ꎬ肌肉发生病理改变ꎬ肌细胞膜受损ꎬ其通透性升高ꎬ发生炎性细胞浸润及水分子从细胞内渗出ꎬ细胞间隙加宽ꎬ故与正常肌肉对比其弥散系数较高ꎬＭＤ值升高ꎬＦＡ值降低ꎬ损伤的肌纤维束在纤维示踪图上较正常肌纤维束明显缩短且走向紊乱[１７－１９]ꎮ通过ＭＲ￣ＤＴＩ纤维示踪图可立体成像肌纤维束ꎬ直观观察肌纤维结构㊁肌纤维完整性及其走行方向ꎮ因此ꎬ在对损伤肌群进行检查时ꎬＭＲ￣ＤＴＩ的应用价值更为可观ꎮ５㊀ＭＲ￣ＤＴＩ技术在脑血管中的应用５.１㊀脑梗死㊀近年的研究已证明ＭＲ￣ＤＴＩ在梗死后神经纤维束损伤的检测中有着明显的优势ꎮ钟进等[２０]发现ꎬ脑缺血后患者的ＦＡ值和ＭＤ值在之后的病情发展中主要存在三种变化趋势:(１)ＦＡ值升高ꎬＭＤ值急剧降低ꎻ(２)ＦＡ值㊁ＭＤ值均降低ꎻ(３)ＦＡ值降低ꎬＭＤ值升高ꎮ在脑梗死发病初期ꎬＦＡ值的增高可能与细胞外间隙迂曲减少㊁细胞膜通透性降低㊁细胞水肿相关ꎻ随后ＦＡ值会明显呈持续降低的趋势ꎬ这与血管源性水肿引起细胞外隙扩大㊁细胞结构破坏致使脑组织的方向性和完整性丧失有关ꎮＨｅｒｖé等[２１]选取９个孤立性大脑中动脉梗死患者运用ＭＲ￣ＤＴＩ进行跟踪随访ꎬ时间跨度为患病后的１周期至６个月ꎬ发现ＭＲ￣ＤＴＩ不仅能用于研究脑梗死后的白质纤维束ꎬ还可对已发生改变的颅内灰质微观结构进行研究ꎮ５.２㊀脑出血㊀ＭＲ￣ＤＴＩ应用于脑出血的研究较少ꎮＣｈｏ等[２２]回顾性分析应用ＭＲ￣ＤＴＩ对４０例后来发现脑出血且严重偏瘫的患者进行发病早期的检查ꎬ发现患者的运动功能转归情况可通过早期ＤＴＴ显示的前加皮质脊髓束的变化进行预测ꎮＹａｍａｄａ等[２３]对１８例尚未出血的动静脉畸形患者进行研究ꎬ发现其中有３例病灶分布于感觉运动传导束的周围ꎬ证实ＭＲ￣ＤＴＩ对动静脉畸形㊁传导束还有深部静脉间的位置关系具有良好的显示效果ꎬ因此能有效提高外科手术的准确性与安全性ꎮ相对于常规磁共振Ｔ２加权像ꎬＭＲ￣ＤＴＩ能显示华勒氏变性早期的微小变化ꎬ还能量化其变性程度ꎬ而常规磁共振Ｔ２加权像只能在发生华勒氏变性后４至５周显示相关病变[２４]ꎮ６㊀ＭＲ￣ＤＴＩ技术在椎间盘的应用近年来ꎬ将ＭＲ￣ＤＴＩ技术应用于脊柱退行性疾病的研究越来越多ꎬ水分子在椎间盘中的弥散能力变化可通过ＦＡ值和ＭＤ值体现ꎬ且ＦＡ值与ＭＤ值能量化反映髓核在早期椎间盘退变的生化状态ꎮ沈思等[２５]㊁李钦海等[２６]发现椎间盘的解剖位置越低ꎬ其对应的ＦＡ值就越高ꎻ而ＭＤ值则与相对应的椎间盘解剖位置相关ꎻ提示椎间盘中水分子弥散能力的改变能通过ＦＡ值与ＭＤ值体现ꎬ同时ＦＡ值与ＭＤ值亦能量化反映退变早期的椎间盘髓核生化状态ꎮ这说明通过ＭＲ￣ＤＴＩ技术提供可靠的影像可诊断腰椎间盘的早期退变ꎬ有利于研究椎间盘退变的病理机制ꎮ７㊀小㊀结综上所述ꎬＭＲ￣ＤＴＩ具有对人体结构非侵入性的研究特点ꎬ其通过对组织内水分子进行多个方向的弥散测量ꎬ能较准确地反映水分子的弥散特点ꎬ受到了广泛的关注和积极地肯定ꎮ虽然ＭＲ￣ＤＴＩ在数据的采集和处理以及受检者是否积极配合等诸多方面依然存在着不足ꎬ但该技术在神经运动系统上有着广阔的应用前景和应用价值ꎮ目前关于ＭＲ￣ＤＴＩ技术应用的相关研究还很有限ꎬ主要集中在神经系统方面ꎬ应用范围太小ꎬ未来ＭＲ￣ＤＴＩ技术在肌肉㊁血管等组织方面的研究尚有很大的空间ꎮ笔者相信随着ＭＲ￣ＤＴＩ技术的不断改良㊁组织分辨率的提高以及后处理成像技术的成熟ꎬ其可发展成一项重要的㊁能进行无创评价的㊁具有病理组织学特征的技术ꎬ可为临床早期诊断和治疗神经运动系统疾病提供帮助ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀ＢａｓｓｅｒＰＪꎬＭａｔｔｉｅｌｌｏＪꎬＬｅＢｉｈａｎＤ.ＭＲｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒｓｐｅｃｔｒｏｓ￣ｃｏｐｙａｎｄｉｍａｇｉｎｇ[Ｊ].ＢｉｏｐｈｙｓＪꎬ１９９４ꎬ６６(１):２５９－２６７. [２]㊀ＰｉｅｒｐａｏｌｉＣꎬＢａｓｓｅｒＰＪ.Ｔｏｗａｒｄａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ[Ｊ].ＭａｇｎＲｅｓｏｎＭｅｄꎬ１９９６ꎬ３６(６):８９３－９０６.[３]㊀陈小轲ꎬ吴仁华.弥散张量成像的原理及其在中枢神经系统的临床应用[Ｊ].实用放射学杂志ꎬ２００６ꎬ２２(５):６１３－６１７.[４]㊀ＨａｂａｓＣ.ＢａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒＭＲｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙ[Ｊ].ＪＲａｄｉｏｌꎬ２００４ꎬ８５(３):２８１－２８６.[５]㊀ＣｕｉＪＬꎬＬｉＸꎬＣｈａｎＴＹꎬｅｔａｌ.Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｃｏｌ￣ｕｍｎ￣ｓｐｅｃｉｆｉｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｅｒｖｉｃａｌｓｐｏｎｄｙｌｏｔｉｃｍｙｅｌｏｐａｔｈｙｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙ[Ｊ].ＥｕｒＳｐｉｎｅＪꎬ２０１５ꎬ２４(１):４１－４７.[６]㊀ＭｉｃｈｉｅｌｓｅＳꎬＣｏｕｐｌａｎｄＮꎬＣａｍｉｃｉｏｌｉＲꎬｅｔａｌ.Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｇｉｎｇｏｎｂｒａｉｎｗｈｉｔｅｍａｔｔｅｒｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ:ａｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｅｎｓｏｒｉｍａｇｉｎｇｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙｓｔｕｄｙ[Ｊ].Ｎｅｕｒｏｉｍａｇｅꎬ２０１０ꎬ５２(４):１１９０－１２０１.[７]㊀李翠宁ꎬ刘怀军ꎬ耿左军ꎬ等.定量研究人脑投射纤维扩散张量成像与年龄的关系[Ｊ].河北医药ꎬ２０１２ꎬ３４(１６):２４１４－２４１６.[８]㊀ＺｈｏｕＪꎬＷａｎｇＪＡꎬＪｉａｎｇＢꎬｅｔａｌ.ＡｃｌｉｎｉｃａｌꎬｎｅｕｒｏｌｉｎｇｕｉｓｔｉｃꎬａｎｄｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆａＣｈｉｎｅｓｅｆｏｌｌｏｗ￣ｕｐｃａｓｅｗｉｔｈｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅａｐｈａｓｉａ[Ｊ].Ｎｅｕｒｏｃａｓｅꎬ２０１３ꎬ１９(５):４２７－４３３.[９]㊀龚必焱.Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ病和ＭＣＩ病人扣带束ＤＴＩ及相关脑区静息态ｆＭＲＩ研究[Ｄ].天津:天津医科大学ꎬ２０１１. 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扩散张量成像和纤维束示踪成像的原理及其在颅脑的临床应用进展
ａ ｄ ｃｉ ｉａ ｅ ｅ． ｎ ｌ ｃ ｌ ｖ １ ｎ ｄ ＿ ．
ｏ ｐｍ ｇ ａ ｐｐｌｃ ｔｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉ ｎｂ ａｎ
清华大学第一附属医院 放射科 张晓丹 陈正光
【 键 词 】磁 共 振成 像 ； 弥散 ； 白质 关 纤维 束 ； 各 向 异 性 【 图分 类 号 ｌＲ ４ 。 中 ４ ５２ 【 献标 识 码 ｌＡ 文
扩散张量成像和纤 维束示踪成像的原 理及其在颅脑的临 床应用进展
Ｐｒｎ ｉ ｌ ｆｄ ｆｕ． ｉ ｃｐ ｅｏ ｉ ． ｓｏ ｅ ｓ ｒｉ ａ — ｉ ｎ ｔ ｎ ｏ ｍ ｇ
ｍ ｇ ａ １ｄｌ● ｉ ｎ ● ｎｄ ●Ｉ ‘ ｌｌ● ■Ｕｓ ｏ —
￣Ｄ ｏ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ｓ ｒｔ ｃｏ ｒ ｐ ｙ ｒ
中国Ｃ 和 Ｍ Ｉ 志 Ｔ Ｒ杂
２０ 年 ８ 第６ 第４ 总第２ 期 ０８ 月 卷 期 １
综
述
自Ｌ Ｂ ａ ｅ ｈ ｊ ｎ等… 于 １ ６年发掘 了扩散加权 （ ｆ ｓ ｎ ８ ９ ｄ ｆ ｊ ｉ ｕ ０ ｗ ｇ ｔ ，Ｄ ） ｅ ｈ ｄ Ｗ 成像后，其很快被应用于临床。Ｄ ｉ ｅ Ｗ成像在神经系统的 应用上有较高的敏感性和特异性 ，同时是一种非侵人性检查。其通过 各 个 特 定 方 向到 扩 散 加 权 的数 学 运 算 ， 可 以获 得 扩 散 张 量 成 像 （ ｉ ｆ ｓ ０ｌｔ ｎ ０ ｉ ａ ｉ ｇ Ｔ ） ｄ ｆ ｕ ｉ ｉ ｅ ｒ ｍ ｇ ｎ ，Ｄ Ｉ 。在 Ｄ Ｉ ｓ Ｔ 基础上发展了扩散张 量纤维束示踪成像 （ ｉ ｆ ｓ ｏ ｅ ｓ Ｆ ｔ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ，Ｄ Ｔ 。Ｄ Ｔ ｄ ｆ ｕ ｉ ｎ ｔ ｌ Ｏ ｒ ｃ ０ ｒ ｐ ｙ Ｔ ） Ｔ ｌ 可以在 活体上无创性进行人脑 白质纤维束形态和功能研究 。本文将对 扩散对 比的原理及其在颅脑的临床应用进展作一综述 。 原理 扩散是指分子不规则的随机平行运动， 即物理学上 的布 朗运动 。均匀流体中，分子扩散运动是完全随机的，即各 向同性 。而 在生物体内由于组织结构复杂，体内物质扩散 的方 向和距离不可能一 致，这 就是扩散的各向异性 。在活体 中枢神经系统，水分子的扩散受 细胞膜 、细胞器 、大分子物质 、髓 鞘 、纤维束等多种因素 的影响 。 Ｄ Ｗ成像的扩散对比是基于水分子在组织中的 自我弥散 。虽然各种 序列被 用于获得 Ｄ Ｗ成像，所有的 Ｄ ｗ成像都包括两种相 同和相对的扩 散敏感梯度 。生物体 内的信号将根据梯度 的场强 （ ，梯度的持续时 Ｇ） 间 （ ） △ ，梯度 问隔时间 （ ，生 物体 内水分子的扩散系数 （ ６） Ｄ）而 减少。前三个因素不随生物体性质的改变而改变，可以用 ｂ 值来计算， 定义为 ｖ ２ ６２ （ 一６／ ，其 中Ｙ是旋磁 比。只有生物体内的 ２ △ Ｇ ３） 扩散系数 （ Ｄ）随生物体的性质不 同而改变，这样在 Ｄ Ｗ成像的对 比是 表现生物 体内特 定区域 的扩散 系数 的结果 。 Ｄ Ｗ成像仅对沿扩散敏感梯度相 同排列的水分子运动敏感。在正常 的脑灰质 中，水分子运动方 向的改变不会大幅度影响信号，因为其扩 散是各 向同性 的。另一方面，在正常的脑 白质水分子的扩散经常是各 向异性，表现为与梯度场方 向一致神经纤维走行上水分子的扩散速度 明显快于垂直方 向的神经纤维，在 与梯度场方向白质束相 同的方向各 向异性最大。各 向异性扩散是生物体内微结构构成的结果，各 向异性 减少是神经系统异常的常见特征 。组织微结构和各 向异性之间的联 系 可能是多方面 的：现有证据支持如下假说，即髓鞘和轴突的完整性通 过垂直于纤维束的扩散受限反应出来，而轴突内结构 （ 如微管 ）的完 整性同与纤维平行 的扩散正相关 。但是，各 向异性可 因非特异的异 常如血管 源性 水肿 等改 变而减少。 张量是一个物理学概念，用于表示有一系列 ３ Ｄ向量的实体内的 张力，其可用来描述三维空间 内椭圆球特性。发展张量模型去描述各 向异性体素内的扩散特征，但是 由于方 向依赖性，其不能被单一的值 所代表。从一个张量可以得到许多测量 。例如，一个三维的最主要的 本征向量 表明体素内最大扩散的方向。同样，无向量 （ 无方向）本 征值表明大部分的扩散沿着最主要的本征向量和两个垂直 的小本征向 量 （ 和 入。 。 入。 ） 在张量模型，在有限时间 内扩散 的水分子一般限制在一个叫扩散 椭球体的容积 内。这个容积是一个各 向同性的球体，水分子的扩散是 完全对称的。相 比较而言，拥有各 向异性扩散 的体素使扩散椭球体变 平或拉长，依赖于本征值的相对量 。张量的构成被各种各样的标记所 简化以产生灰阶或彩色图。例如，路径是扩散 的简单标记，其由最主 要的扩散数量决定 。同样，Ｄ Ｉ中有多个参数用来描述扩散的各 向异 Ｔ 性特征，如平均扩散率 （ Ｄ） Ｍ 、表观扩散系数 （ Ｃ） Ａ 、部分各向异性 Ｄ
注意力缺陷多动障碍(ADHD)与神经认知功能：ADHD儿童的神经影像学研究
注意力缺陷多动障碍（ADHD）与神经认知功能：ADHD 儿童的神经影像学研究摘要注意力缺陷多动障碍（ADHD）是一种常见的神经发育障碍，其核心症状包括注意力不集中、多动和冲动控制障碍。
ADHD 儿童往往伴有各种神经认知功能缺陷，如执行功能、工作记忆和时间知觉等。
近年来，神经影像学技术的发展为深入探究 ADHD 儿童脑功能和结构异常提供了有力工具。
本论文综述了 ADHD 儿童神经影像学研究的最新进展，重点讨论了 ADHD 儿童脑结构和功能异常与其神经认知功能缺陷之间的关系。
此外，本文还探讨了神经影像学技术在 ADHD 儿童早期诊断、疗效评估和个体化治疗中的潜在应用价值。
关键词：注意力缺陷多动障碍，神经认知功能，神经影像学，脑结构，脑功能引言注意力缺陷多动障碍（Attention Deficit Hyperactivity Disorder, ADHD）是一种在儿童期常见的、具有高度异质性的神经发育障碍。
其主要特征为与年龄不相符的注意力不集中、多动和冲动控制障碍，严重影响儿童的学习、生活和社会交往。
ADHD 的病因尚不明确，但研究表明其与遗传、环境和神经生物学因素密切相关。
ADHD 儿童往往伴有各种神经认知功能缺陷，如执行功能、工作记忆和时间知觉等。
这些缺陷不仅影响儿童的学业表现，还可能导致情绪和行为问题。
近年来，神经影像学技术的发展为深入探究 ADHD 儿童脑功能和结构异常提供了有力工具。
通过磁共振成像（MRI）、功能性磁共振成像（fMRI）、弥散张量成像（DTI）等技术，研究者们发现了ADHD 儿童大脑多个区域的结构和功能异常，为 ADHD 的神经生物学机制提供了重要线索。
ADHD 儿童的神经认知功能缺陷1. 执行功能执行功能是一组高级认知过程，包括工作记忆、抑制控制、认知灵活性等。
ADHD 儿童的执行功能缺陷主要表现为工作记忆容量减小、抑制控制能力下降和认知转换困难。
这些缺陷可能导致 ADHD 儿童难以集中注意力、规划和组织行为、控制冲动和适应新情境。
FrontiersinNeuroscience：弥散张量成像（DTI）研究指南
FrontiersinNeuroscience：弥散张量成像（DTI）研究指南弥散张量成像（DTI）的研究越来越受到临床医⽣和研究⼈员的欢迎，因为它们提供了对脑⽹络连接的独特见解。
然⽽，为了优化DTI的使⽤，必须考虑到⼏个技术和⽅法⽅⾯的问题，因为这些问题会影响到DTI研究结果的准确性和可重复性。
本⽂由葡萄⽛学者发表在Frontiers in Neuroscience杂志。
这些⽅⾯包括：采集协议、伪影处理、数据质量控制、张量重建算法、可视化⽅法和定量分析⽅法。
此外，研究⼈员和/或临床医⽣还需要考虑并决定DTI分析流程每个阶段最适合的软件⼯具。
在此，本⽂作者提供了⼀个简单的流程指南，涵盖了弥散张量成像数据处理⼯作流的所有主要阶段。
本指南的⽬的是帮助新⽤户解决分析中最关键的障碍，并进⼀步⿎励使⽤DTI⽅法进⾏研究。
背景介绍：弥散加权成像（DWI）是基于不同组织的⽔扩散速率不同的常规磁共振成像的变体。
它是⼀种⾮侵⼊性的⽅法，对组织结构内的⽔运动具有⽆与伦⽐的敏感性，该⽅法只需使⽤现有的核磁共振技术，不需要新设备、造影剂或化学⽰踪剂。
扩散张量模型的引⼊使⼈们能够间接测量扩散张量成像（DTI）的各向异性程度和结构⽅向。
DWI是指采集图像的对⽐度，DTI则是DWI数据集的⼀种特殊的建模⽅法（这是两个最基本的概念，⼀般来说我们的图像采集就是DWI图像，如果采⽤DTI⽅法进⾏扩散张量重建，就会说DTI）。
DTI原理和基本概念在已有⽂献中已经得到了⼴泛的描述和回顾。
概括地说，DTI背后的基本概念是⽔分⼦在不同组织中的扩散是不同的，这取决于该组织的类型、完整性、结构和组织屏障的存在，通过对⽔分⼦弥散运动的观测可以给出了它所在组织的⽅向和数量，从⽽得出各向异性的信息。
通过DTI分析，可以推断出每个体素的分⼦扩散速率[平均扩散率（MD）或表观扩散系数（ADC）]、扩散⽅向[分数各向异性（FA）]、轴向（沿扩散主轴的扩散速率AD）和径向扩散率（RD）。
弥散张量成像（DTI）
弥散张量成像（DTI）弥散张量成像（DTI）2010-06-17 02:11 P.M.弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging）是磁共振（MRI）领域发展最迅速的技术之一1，不同于其他磁共振技术，它计量的是组织内水分子的随机运动方向的特性，并以此作为判断组织结构和功能部分特性的依据。
DTI也是第一种有提取软纤维组织中纤维轨迹潜力的活体、非侵入式的成像方法。
已经证明，该技术在中风后早期变化方面比常规MRI的T1和T2影像更加的敏感。
由于弥散张量成像的特性，该技术通常应用在脑皮层中水分子各向异性比较明显的区域——脑白质结构的检查中。
第一张DTI影像出现在上世纪90年代早期，自此该技术在科研和临床应用上都迅速的发展起来。
在早期的研究工作中，Basser等人对DTI影像的原理，特征提取和纤维素追踪的理论作出了突出的贡献，由此建立了DTI研究的理论体系。
Basser因而在2008年被授予国际磁共振医学协会（International Society for Magnetic Resonance in Medicine，ISMRM）金质奖章。
在1994年的论文2中，Basser等人首次系统的描述了DTI的基本成像原理，并提出了弥散椭圆的重建方法。
至今该论文已经被引用1143次。
在1996年的论文3中，Basser等人首次提出DTI的特征参数平均弥散率（Mean Diffusivity，MD）和分数各向异性（Fractional Anisotropy，FA）计算方法。
至今该论文被引用1052次。
2000年，Basser等人提出了一种可靠的使用DTI数据进行纤维素追踪的方法4，至今该论文被引用730次。
在DTI理论基础之上，人们进行了许多应用性的科学研究。
这些研究主要使用DTI的特征参数，比如MD，FA等进行特定神经疾病的分析。
这种研究比较通用的操作方法是，通过DTI扫描得到原始图像，然后计算出MD图和FA图，再对得到的MD图和FA图进行统计分析。
精神分裂症白质损害与发病年龄的弥散张量成像研究
【 ｂｔ ｃ】 ｂｅ ｉ ： ｏｎｅ ｇｔｔ ｎｒ ａｃａｇｓｎｗ ｉ ａｅ ｉｐｔｎ ｉ ｈ ｏｈ ｎ ， ｄ Ａ ｓ ａｔ Ｏ ｊｃｖ Ｔ ｖｓ ａ ｅ ｂｏ ｌｈｎｅ ｉ ｈｅ ｔｒｎ ａｅｔｗｔ ｓ ｚｐｒ ｉ ａ ｒ ｔｅ ｉ ｔ ｅｈ ａ ｍ ｉ ｔｍ ｔ ｉ ｓ ｈ ｃ ｉ ｅ ａｎ
作用 。
【 关键词】 精神分裂症；白质；弥散张量；各向异性；发病年龄
中图分 类号 ：Ｒ ４ ． ，Ｒ ４ ．０ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ６ ２ （０ ２ ０ ０ ８ ０ ７９ ３ ７ ２ ８ ２ ００— ７ ９ ２ １ ）０ ７— ４ ３— ７
ｄ ｉ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ６２ ．０ ２ ０ ．０ ｏ：１．９ ９ ｊｉ ．０ ０— ７ ９２ １．７ ０ ２ ｓ （ 国心 理 卫 生 杂 志 ，２ １ ，２ （ ） ８ ４９ ） 中 ０ ２ ６ ７ ：４ ３— ８ ．
Ｄｉｒ ｔ ｄ ｉｅ ｍａｔｅ ｎｔ ｇ ｉｙ ｉ ｓ ｏ ｉｔ ｄ ｔ ｅ ｌｅ ｎ ｅ ｇ ｎ ｓ ｕｐ ｅ ｗｈ ｔ ｔ ｒ ｉ ｅ ｒｔ ｓ ａ ｓ ｃａ ｅ ｗｉｈ ａｒｉｒ ｏ ｓ ｔａ ｅ ｉ
ｓ ｈ ｚ ｐ ｅ ａ： ｄｉ ｕ ｉ ｎ ｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｇ ｓ ｕ ｃ ｉ ｏ ｈｒ ｎｉ Ａ ｆ ｓｏ ｔ ｎｓ ｒ ｉ ｇ ｎ ｔ ｄｙ
【 摘
要】目的 ： 用弥散张量成像 （ Ｔ） 比较精神分裂症患者脑 白质与正常人群 间的差异 ，并探究 应 ＤＩ
各 向异性 比值 （ Ａ）的改变与发病年龄之间的相关性。方 法 ：纳入 ２ Ｆ ７例精神分裂 症患者和 ２ ９名性别 、年
龄及受教育程度相匹配的健康对照 。两组研究对象均接受 头颅磁共振 检测 。患者组按 照发病年龄 分为早 发
利用弥散张量成像技术观察小血管病所致非痴呆型血管性认知障碍患者白质结构损害与认知下降的关系
Jun. 2021Vol. 42 No. 32021年 6月 第 42 卷% 第 3 期首都医科大学学报Journal of Capital Medical University[dot : 10. 3969/j. issn 1006-7795. 2021. 03. 006 ]・神经病学基础与临床*基金项目：国家重点研发计划(2016YFC1306305)，首都卫生发展科研专项青年优才项目(首发2020^1-1033 ) & This study was cppwted by National key R&D Program (2016YFC1306305) , Capitals Funds for Health Improvement and Research ( CFH 2020-4-1033).* Cowesponding author , E-mail : tangyixw@ 163- com ； jjp@ccmu. edu. cn网络出版时间：2021 -05 -31 14：38 网络出版地址：https ：//'ns. cnkl. net/'cms/deyil/ll. 3662. R. 20210531. 1319.010. html利用弥散张量成像技术观察小血管病所致非痴呆型血管性认知障碍患者白质结构损害与认知下降的关系秦 琪1唐 毅1 *曲怡达2周爱红1丁建平1尹筠思1刘 勇2!3贾建平1>4*(1.首都医科大学宣武医院神经疾病高创中心国家老年疾病临床医学研究中心北京市老年病医疗研究中心，北京100053；2.中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室/脑网络组研究中心，北京100190；3.中国科学院大学人工智能学院北京邮电大学人工智能学院，北京100876；4.老年认知障碍疾病北京市重点实验室首都医科大学神经变性病与记忆障碍疾病临床诊疗与研究中心北京脑重大疾病研究院阿尔茨海默病研究所，北京100053)【摘要】 目的 非痴呆型血管性认知障碍！ rascular cognitive impairment, no dementia, VCIND)是血管性认知障碍最常见亚型， 早期诊断是改善预后的关键。
dtidwi]dti(弥散张量成像)简介及原理
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[DTI/DWI]DTI(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。
弥散张量成像技术在评估脑卒中患者白质纤维束损伤及预后方面的研究进展
弥散张量成像技术在评估脑卒中患者白质纤维束损伤及预后方面的研究进展张晓钰【摘要】弥散张量成像(DTI)技术利用组织中水分子的自由热运动的各向异性的原理,并通过特殊的软件处理成像,对大脑白质纤维束的三维几何结构进行研究,重建脑部白质神经连接,可直观地显示脑内病变对白质纤维形态结构直接或间接的影响.本文对DTI在脑卒中患者白质纤维束损伤及预后评估中的研究进展进行综述.【期刊名称】《中国康复理论与实践》【年(卷),期】2010(016)006【总页数】2页(P538-539)【关键词】弥散张量成像;脑卒中;白质纤维束;损伤;临床预后;综述【作者】张晓钰【作者单位】中国康复研究中心北京博爱医院综合康复科,北京市,100068【正文语种】中文【中图分类】R743.3脑卒中是严重危害人类健康的常见病之一,具有高发病率、高死亡率、高致残率及高复发率的特点,早期评价脑卒中的损伤程度和准确预测患者预后一直是医学界的难题[1]。
常规CT和MRI很难准确显示病灶与神经纤维束的空间位置关系以及白质束受损的范围。
弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DWI)技术是近年来在常规磁共振和弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DTI)基础上发展起来的成像及后处理技术,是一种新的无创性成像方法。
其利用组织中水分子的自由热运动的各向异性原理,并通过特殊的软件处理成像,对大脑白质纤维束的三维几何结构进行研究,重建脑部白质神经连接,是唯一可在活体显示脑白质纤维束的无创性成像技术[2],其主要方法为DTI纤维追踪成像[3],可直观地显示脑内病变对白质纤维形态结构直接或间接的影响[4]。
1 DTI脑白质纤维束成像的原理及分析方法脑白质主要由神经纤维构成,其神经束的机制目前尚未完全清楚,但有证据显示在神经束的根部平行走行的髓化纤维是一个重要的因素,水分子可以平行扩散,但是在髓化纤维束的垂直方向扩散受到限制。
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弥散现象
各向同性弥散
各向异性弥散
各向同性弥散： 在外界均匀的流体中，液体分子的运动具有随机性，扩散轨迹 近似球体。
各向异性弥散： 水分子在脑白质 中 的 不同方向上的运动快慢及扩散程度有很大 的差别。
弥散加权成像
弥散加权成像（DWI）可以分析自旋质子的随机位移，主要是利用 水分子的扩散原理进行成像。
纤维追踪及可视化
纤维属性的统计分析
因为DICOM包含的数据量比较大，大量文件占用内存使数据分析的速度变慢， 所以将DICOM格式的数据转化为NIFTI格式。
NIFTI格式是为神经影像学发明的，NIFTI的图像原始数据被存储为三维图像。 可以采用MRIcorN软件转化，转化后出现了.bval和.bvec文件以及NIFTI格式的 图像文件。
纤维追踪及可视化
重建纤维的可视化
图像的不同的颜色代表不同方向，可以获得脑白质在各个体素的不 同走行方向。红色代表左右方向，蓝色代表轴向，绿色则表示前后方向， 通过对纤维束各项参数的计算可以获得各向异性图和方向编码彩色图， 并由此可以通过DTI Studio处理得到的图像可以对纤维的属性和结构进 行分析。
02
重建脑白质神经纤维有助 于疾病的诊断及手术方案
03 的选择ຫໍສະໝຸດ 04已广泛应用的MRI图像不能够
完整地观察脑白质神经纤维
弥散张量成像 的原理
1 磁共振成像原理
2 弥散现象
3
弥散加权成像 原理
4
弥散张量成像 原理
磁共振成像原理
因为氢元素在人体中含量最高，另外氢原子只有 一个质子，磁矩最强 ， 所 以 磁共振成像是建立在对氢 元素的追踪上的技术。
2 纤维追踪算法
白质纤维束追踪算法的原理
基于弥散张量成像的白质纤维束追踪是利用张量信息进行的， 首先设置种子点或ROI，从种子点开始追踪。沿着种子点前进方 向追踪一段距离之后，再从新的体素点继续追踪，不断重复上述 过程，将所有的体素连接起来就是脑白质纤维束的方向。
目前的纤维追踪算法：
①确定性纤维追踪算法 ②概率纤维追踪算法
基于弥散张量图像的白 质纤维束追踪技术研究
X
目录 Contens
1 研究背景及意义 2 弥散张量成像的原理 3 脑白质纤维束追踪原理 4 DTI Studio纤维追踪及实现
研究背景及意义
脑白质神经纤维承担着主要的信 息传递功能
01
DTI技术以三维形式显示 神经纤维束走行方向
05
神经纤维结构变化对人体影响重大
头动和涡流校正
图像配准完成
图像配准后，生成了脑白质的 三 维 视 图 、 轴 向 图 、矢状 图 和冠状 图 ，可以对 三 维 视 图 进行旋转、放大 、 缩小和平移。在面板 上 可以选择想 要观察的层数和透明度以适应分析图像的需求，默认的透明度为75%。
计算分析所需的扩散参数
DTI Mapping 参数设置 .bvec文件中含有原始梯度表信息 ， 用matlab软件调整梯度表矩阵格式 ，然后读入。默认情况下，图像以逐片方式显示，这意味着数据集中的所有 体积都在同一个切片级别上并排显示。
Dxy Dyx
D
Dxx Dyx
Dxy Dyy
Dxz Dyz
其中： Dxz Dzx
Dzx Dzy Dzz
Dyz Dzy
弥散张量椭球图
弥散张量成像原理
(a)线性弥散
1 2 3
(b) 平面弥散
1 2 3
(c)球状弥散
1 2 3
脑白质纤维束追 踪原理
1
白质纤维束追踪算法 的原理
纤维追踪算法
确定性追踪算法在实现上更加简洁易懂，按照主特征的方向完成纤 维追踪，本课题DTI Studio纤维追踪采用该算法。
确定性纤维追踪算法流程图
DTI Studio纤维 重建及追踪
1
对原始DICOM数据 进行格式转换
2 头动和涡流校正
3
计算分析所需 的扩散参数
4
纤维追踪及可视 化
对原始DICOM数据进行格式转换
头动和涡流校正
MRI View 3D参数
AIR的参数设置
MRI View3D可以识别各种3D图像文件格式，Analyze格式储存的每个数据 组包含2个文件，一个是包含二进制的图像资料的数据文件；另外一个为包含图 像元数据的头文件。同时可以设置图像的宽度、高度和层数以及体素的宽度、高 度和层面厚度。然后进行图像的自动配准。
人体大量H质子 杂乱无章的小磁矩 强大的静磁场 总磁矩 射频脉冲发生进动，产生弛豫现象 -射频脉冲 H质子释放激励能量 无线电信号 体外接收线 圈接收 转化为相应的灰度 得到人体不同断层 的灰度像。
在MRI成像方式中存在许多的MRI序列，例如 T1WI和T2WI。
T1WI显示解剖结构好 T2WI显示病灶敏感
DWI与DTI的关系： 相同点： 它们都是根据水分子的扩散具有各向异性。 不同点： DWI只需要在二维空间内分析ADC一个参数，而DTI需要
分析FA、RA等多个参数，具有三维各向异性。
弥散张量成像原理
DTI利用二阶弥散张量D分析脑白质的水分子各向异性，D为1个3 * 3 的矩阵，表示出弥散椭球模型的三个长短轴的大小和方向:
计算分析所需的扩散参数
DtiMap面板进行张量解算
DtiMap面板可以完成弥散张量的6个分量、3个特征值和特征向量 、FA、RA、VR的计算以及FA图像的输出。
计算分析所需的扩散参数
各种纤维属性的显示
纤维追踪及可视化
纤维追踪的参数设置
在DTI Studio中，纤维追踪的一个重要特征是纤维从高于FA阈值的所 有像素重建的。在进行纤维追踪前，需要输入向量的输入文件名和FA映射 的文件名以及光纤跟踪所需的其他成像参数。在DTI Studio中有两个终止X 纤维追踪的阈值：FA和角度过渡。建议值为 FA 0.15 0.25，角度 40 - 50