磁共振弥散张量成像讲解

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（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
细胞毒性水肿的组织 运动受限的水分子---高信号
组织内影响水分子弥散的因素
►细胞内外的体积变化 ►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。
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
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 （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
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
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
• 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
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)
&
=
b=0
b=1000
ADC
► A来自百度文库C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。
A
B
正常组织 随机运动的水分子---低信号
DTI的基本原理
两个概念
• 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）
►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)
要描述水分子的空间弥散情况 ，引入了张量的概念，脑白
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（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 。
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
胼胝体
内囊
扣带回
冠辐射
皮质脊髓束
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，
磁共振弥散张量DTI技 术讲解与应用
前言
磁共振弥散张量成像 （diffusion tensor imaging, 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。
• 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
MR图散像运动的信号 组织T1、T2驰豫时间、H1的密度、分子弥
利用扩散敏感梯度脉冲将水分子弥散效应扩
DW大I图，像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
DWI评估弥散的参数
• 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