磁共振弥散张量成像ppt课件
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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
·
17
－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
·
18
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
·
20
VR图
·
21
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
·
22
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
►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
·
15
正常的AD· C图
16
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
► 水分子通过细胞膜的渗透作用
► 细胞外间隙形态的改变 ·
8
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。
·
9
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）
·
2
·
3
DTI成像的基本原理
·
4
DWI的原理
MR图像的信号
组织T1、T2驰豫时间、
H1的密度、分子弥散运动
DWI图像
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
·
5
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
·
6
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）
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
·
1
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。
►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
·
12
► 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
ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)
&
=
b=0
b=1000
ADC
► ADC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。 ·
7
A源自文库
B
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
组织内影响水分子弥散的因素
► 细胞内外的体积变化
胼胝体>内囊后肢>内囊前肢>外囊>半卵园中心
·
19
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 。
·
13
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 14
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
►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)
·
10
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 ：
·
11
► 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
·
23
胼 胝 体
·
24
·
25
内囊
·
扣带回 26
冠辐射
皮质脊髓束
·
27
·
28
·
29
DTI在中枢神经系 统的临床应用
·
30
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
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－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
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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
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VR图
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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
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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
►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
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正常的AD· C图
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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
► 水分子通过细胞膜的渗透作用
► 细胞外间隙形态的改变 ·
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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。
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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）
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DTI成像的基本原理
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DWI的原理
MR图像的信号
组织T1、T2驰豫时间、
H1的密度、分子弥散运动
DWI图像
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
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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
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6
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）
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
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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。
►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
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► 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
ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)
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b=0
b=1000
ADC
► ADC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。 ·
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A源自文库
B
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
组织内影响水分子弥散的因素
► 细胞内外的体积变化
胼胝体>内囊后肢>内囊前肢>外囊>半卵园中心
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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 。
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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
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642个方向 14
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
►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)
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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 ：
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11
► 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
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胼 胝 体
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内囊
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扣带回 26
冠辐射
皮质脊髓束
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DTI在中枢神经系 统的临床应用
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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