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来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/30 03:02:35
 
 

DTI(弥散张量成像)简介及原理

选择 0滴只看楼主 举报 老水滴资料 于2007-12-27 01:17     小 中 大
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最后登录 ：2009-08-02 wonder 溅出的水花儿： 以后自己可能要开始做这个了，找了写资料看看，顺便分享到这里。

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。如在大脑白质分子的弥散表现为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的弥散速度快于垂直方向。

张量是一个工程物理学的名称，张量是一个数学结构，是一个椭圆形结构，有三维空间，各向异性有3× 3个二级分量，张量的矩阵是9个非0因素，其中3个分量是相同的（对称性），而其余6个因素（Dxx,Dyy,Dzz ,Dxy,Dxz,Dyz）决定弥散张量的特征。3个非0因素沿着张量的主对角线，称为本征值(eigevalue)λ1,λ2,λ3, 本征值反应出椭圆形的外形，大小与方向无关。而其数学关系代表方向为3个本征向量（eigevector）V1,V2,V3。

弥散张量成像(DTI)的数据分析：

①平均弥散率（mean diffusivity. MD）：MD反映分子整体弥散水平和弥散阻力的整体情况，他只表示弥散的大小，而与弥散的方向无关，也即ADC值。

②各向异性程度，反映分子在空间位移的程度，与方向有关。用来分析各向异性的参数很多，有各向异性指数（anisotraphy index,AI），相对各向异性（relative anisotraphy RA）各向异性分数或称部分各向异性（fractional anisotraphy FA）。其中由于FA图像观察大脑白质纤维结构最清楚，灰白质分界好，FA值用于肿瘤诊断有益，故应用广泛。

RA值反映水分子弥散的各向异性成分与各相同性成分的比值。

λ是描写弥散张量的三个特性值，亦即本征值（eigevalue）。FA值反映水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，其范围从0－1，自由水为0，对于非常规则的大脑白质纤维FA值接近1。

弥散张量白质束成像(Diffusion tensor Tractography,DTT) 或称纤维束示踪成像技术（Fiber tractography FT），是在弥散张量成像发展起来得一项新技术，可在活体中显示纤维束的方向及完整性。

DTI图像反映脑白质纤维素的走行方向，并可观查白质纤维束的方向，称谓白质束成像(Tractography)。

垂直于神经纤维走行方向的弥散难

平行于神经纤维走行方向的弥散易

DTI图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的主导方向

在正常的黑白FA图上，白质是高信号，可以辨认白质束的主要走行，亦可形成二维彩色的FA图，彩色强度代表异向性的程度，颜色代表方向性，红色代表左右走行方向，绿色代表前后走行方向，兰色代表上下走行方向。

在硬件上有一定要求：需要有螺旋桨扫描技术的MR机，有并行采集技术，有多个方向的敏感梯度，现在最好的已达642个方向。且需要放大梯度线圈等。在软件上须有纤维束跟踪软件。

在操作上也要注重，应对白质束的解剖有了解，一般在彩色FA图上画出感爱好区（ROI）, 感爱好区的位置很重要，如追踪皮质脊髓束，如下面的ROI放在大脑脚，则很难将几个皮质脊髓束分开，放在桥脑下面较好

脑白质束成像可以在活体无创性显示白质纤维束的走行、病理及与肿瘤、病变等的关系等。

DTI扫描条件：1.5T,GE Signa Excite HD

头部：EPI

TE minium

TR 10000

128x128

层厚：4mm/0

1nex

B值 1000

25个方向

颈椎：EPI

TE minium

TR 2950

128x128

层厚：3mm/0

6nex

B值500

15个方向

（引自：大连医科大学附属第一医院郎志谨)



**本帖评分记录：水晶:+70(thinking) 宝贵分享！极有价值！70分

>>> 2007-12-07 14:55


wonder 溅出的水花儿： 二、DTI后处理图像

1. 黑白FA图

2. 彩色FA图

3. 彩色MD图

4. 彩色定向图

5. 彩色主本征向量图

6. 三维彩色白质纤维示踪图

正常FA图：彩色及黑白图

白质纤维束可分为致密的白质结构（如胼胝体，内囊，大脑脚）及非致密的白质结构（如放射冠及四周白质），FA值致密的白质结构大于非致密的白质结构。





三. 弥散张量成像在临床上的应用

我们应用DTT技术，对正常白质束的解剖及病理做了一些初步探讨。正常人白质纤维束分为三类：连合纤维是胼胝体，前连合，等。联络纤维是弓形纤维，钩束，扣带束，上纵束，下纵束等。投射纤维有锥体束，视放射，内侧丘系等。

正常神经束

胼胝体束

皮质脊髓束

钩束

上纵束

下纵束

扣带回

前联合

四、DTI在大脑疾病中应用

1.星形细胞廇间变型，部分呈恶性胶母细胞廇改变（病理证实）的DTI改变：

肿瘤的FA图肿瘤的FA值低于对侧

肿瘤的FA值：113；正常侧：343

肿瘤的MD图肿瘤的MD值高于对侧

肿瘤的MD值：9.85；正常侧：8.11

DTI脑白质纤维束成像术，肿瘤导致皮质脊髓束移位及纤维束的破坏

肿瘤的彩色定位（定向）图，可见脑干受压移位

2.弥散张量成像在炎症，脱髓鞘性病变及神经变性性疾病上的应用。

神经髓鞘是影响向异性因素之一，当脱髓鞘疾病时，如多发性硬化由于轴突髓鞘的破坏，斑块的FA值降低，彩色FA图上可见红色度降低，白质纤维束成像可见破坏。而在神经变性性疾病如肌萎缩侧索硬化症(ALS)，有时在T2WI冠状位上，可见从那囊后肢到大脑脚的纵向连续的带状高信号影，但这种典型所见不多见，应用DTI 可见FA值的降低

3.弥散张量成像在中枢神经系统发育异常的应用。

中枢神经系统发育性疾病，可以看到纤维束的方向和连接错误，如胼胝体发育异常，脑瘫，皮质异位等

皮质发育不全

先天性胼胝体发育不全

肾上腺白质发育不良

4.弥散张量成像在脊髓中的应用。

1) 正常脊髓DTI及脊髓白质纤维束成像.

2) 颈间盘凸出: 均有颈髓压迫的临床体征, DTI图见FA值洚低MD值升高,非凡注重到T2WI影像上无改变,而在DTI 上有改变.

3) 脊髓脱髓鞘病及神经变性性疾病:MRI :T2WI 可见高信号, DTI见FA值洚低MD值升高.并见白质束的变形破坏

4) 脊髓外伤.

5.DTI立体融合图像指导神经外科治疗方案。

（引自：大连医科大学附属第一医院郎志谨）





>>> 2007-12-07 14:57


cell 溅出的水花儿： wonder那边用的是什么软件处理DTI数据的

>>> 2007-12-07 16:14


santvile 溅出的水花儿： 赞，关注ing。。。。

>>> 2007-12-07 16:15


miao 溅出的水花儿： 支持一下

>>> 2007-12-07 21:13


wonder 溅出的水花儿： to cell: no idea yet. just starting to be introduced about the principles.

>>> 2007-12-07 22:30

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    选择 1滴只看该作者 举报 wonder ▼ 于2008-01-30 22:47     小 中 大
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    不错好贴再加点料,FA的计算及其含义英文简明版：


    If full tensor data acquisition is applied, the Fractional Anisotropy is calculated from the eigenvalues l1, l2, l3of the diffusion tensor:
    where l is the mean diffusivity (trace/3).FA takes on values between 0 (perfectly isotropic diffusion) and 1 (the hypothetical case of an infinite cylinder) and is thus directlycomparable between subjects. We here multiply FA by 1000.
    Definition of FA can be found in Basser P.J. and Pierpaoli C.:"Microstructural and physiological features of tissues elucidated by quantitative-diffusion-tensor MRI.",JMR B 111, 209-219 (1996). (Medline citation)Example FA map:
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    选择 2滴只看该作者 举报 cell ▼ 于2008-02-01 08:39     小 中 大
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     漫漫晨曦远，冷冷立身清。
    独行辅仁笑，谐伴木铎声。 顶端 回复 引用 评分 批量评分

    选择 3滴只看该作者 举报 Gavin.lee 于2008-02-03 13:46     小 中 大
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    图片：
    提醒楼主，平均弥散度MD并非ADC值。实际上ADC值只代表弥散梯度磁场施加方向上水分子的弥散特点，也即仅包含相应层面信息，而MD还是包含了空间水分子弥散信息的。

    如图：     赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 4滴只看该作者 举报 yanski ▼ 于2008-10-14 13:37     小 中 大
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    退一步海阔天空     -写想法

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    选择 5滴只看该作者 举报 金缕衣 于2008-10-31 13:37     小 中 大
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    引用 平均弥散度MD并非ADC值。


    一点商榷：这个ADC的称呼似乎无关大妨。MD也可以扩展成MeanADC嘛。本义上说，一般活体MRI手段测出来的扩散系数（diffusion coefficient）都是“表观扩散系数”即“apparent diffusion coefficient"，因为在我们通常使用的序列里面扩散时间做不到足够短，分子扩散总要受到阻碍，所以是”apparent“，而不是”intrinsic“。MD也是表观的即apparent的，只不过和DWI得到的单一方向的ADC不同，是对空间所有（理论上）方向的ADC进行了某种形式（矩阵求迹）的平均后的ADC。 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 6滴只看该作者 举报 Happy 于2008-11-10 10:59     小 中 大
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    今天终于扫盲了。多谢。
    大家讨论好热烈啊，对于我这样的菜鸟来说是福气。 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
     云髻松松换就，铅华淡淡妆成，红烟翠雾罩轻盈，飞絮游丝不定。笙歌散后酒微醒，深院月明人静。相见怎如不见，有情还似无情。 顶端 回复 引用 评分 批量评分

    选择 7滴只看该作者 举报 cuirongbao 于2009-05-04 02:47     小 中 大
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    不爱学习的小伙     -写想法

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    长知识了 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 8滴只看该作者 举报 good19799 于2009-05-06 10:36     小 中 大
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    本人也做dti研究，常交流。
    32069280 qq 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 9滴只看该作者 举报 zhaoshijun19 于2009-05-16 20:25     小 中 大
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    回 1楼(wonder) 的帖子

    请问楼主，FA值的计算必须通过公式计算得出吗
    可不可以直接在FA图上读出 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 10滴只看该作者 举报 vivianjava 于2009-05-23 11:22     小 中 大
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    在今年的ISMRM学会上，DTI 讲座上的讨论提出了对DTI的质疑。现在DTI无法像MRI一样已经成为诊疗的依据，有关DTI的study，尤其是disorder的研究，其实都无法用来确诊用，甚至在验证中，不同的小组也会得到不同的结论，尤其是FA，对他的质疑尤为严重。 目前FA的计算问题有很多，在cross or diverging  fiber的地方，一般计算FA的方法都是有很大缺陷的（HARDI or high order tensor model 会好些，但是也不可以完全克服这种问题）。
    此外，目前tensor的计算都是基于diffusion是高斯分布的，可是这只当各向同性的时候成立，各项异性就不是高斯分布了。当然，如果voxel够小的话，你可以把diffusion都看作是同性的，问题是事实上还做不到这点。所以DKI的模型在这次的大会上成为了热点，但是也因为还在发展阶段，不足的地方还有很多，也不可以用来做很clinical的应用。

    我想DTI，DKI，DSI，DT_FMRI这些的发展是比较蓬勃，都是hot的研究方向，可是要成为真正对clinical有用的手段，路还很长啊 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 11滴只看该作者 举报 dj_uga 于2009-08-07 23:14     小 中 大
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    我觉得这类基础知识和原理对于初学者来说才是最重要的。 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 12滴只看该作者 举报 radio8201 于2009-08-25 09:01     小 中 大
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    看完帖子，感觉自己就是幼儿园的 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 13滴只看该作者 举报 mrsmra 于2009-08-25 09:34     小 中 大
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    认知障碍的功能成像对于临床诊断和治疗具有指导意义！     -写想法

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    必须要提到所有的MRI都与机器有关系，所谓的正常值标准不是那么的可靠！除了DWI对于急性脑梗死以及少许的占位性病变有意义以外，弥散成像到目前为止，多用于科研成组的讨论，包括最近的本征值，平行的和垂直方向的本征值。FA是目前在DTI应用最多的一个指标，是因为当初应用的时候最能够说明DTI的目的和意义；但是用在临床上面除了导航手术术前规划，其他方面较为少见，那些脊髓白质成像纯粹是科研需要，或者能够直观显示一下，比如三维示踪成像。 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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    选择 14滴只看该作者 举报 wuxi 于2009-08-27 19:22     小 中 大
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    FA其实是一个缺乏准确定量评估参数的时候不得已而为之的折中，因为DTI或者DWI的数据应该是同时表示方向和大小的，FA用标量其实损失了大量的也是主要的信息 赞好帖- 送花 || 扔蛋-抨滥贴   晶光闪闪地佩戴着：
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