• 目前已有学者报道了DTI在神经外科肿瘤切除术中的有效性，认 为利用DTI指导手术可以提高手术全切率，降低术后的功能障碍
北京天坛医院的戴建平等利用DTI技术 对涉及锥体束的36例脑胶质瘤患者术 前进行导航指导外科手术，结果认为 白质纤维示踪技术可以优化手术方案， 保护皮质下重要功能的白质纤维，并 可预测患者临床功能预后。
DTI在脑肿瘤中的应用
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
模式I：患侧纤维的F位置或/和方向发生改变。
模式II：患侧纤维
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
脑 白 质 变 性 疾 病
多发性硬化（MS ）
• 急性期，ADC和FA均下降
• 慢性期，ADC增加，FA值虽下降但比急性期 高 • T2WI显示正常的区域白质也有改变，提示 这是一种弥漫性的多发病变
T2
ADC
45y，F，MS患者
FA
脑 白 质 变 性 疾 病
缺血性白质疏松（LA）
• 主要表现为ADC升高和FA降低，与病理提示的轴突 减少和胶质增生相符合
F,47y,进行性神志模糊二十 天，意识障碍十五天,考虑脱 髓鞘疾病，药物性脑炎可能
其他
• 精神分裂症，DTI可以显示白质纤维束通路上连通的异常，表 现为病变部位的FA值的降低 • 慢性酒精中毒，在胼胝体膝部、压部及半卵园中心FA值均有 降低，且FA值与使用酒精的时间长短有一定的相关性 • 弥漫性轴索损失，DTI可以显示常规MRI不能显示的剪切伤， 一些研究表明，弥散性轴索损伤后白质的FA值显著降低，而 这些白质在常规MRI24小时内可显示为正常
28，M，星形 细胞瘤，未累 及锥体束，术 前双侧上下肢 肌力均V级， KSP评分90，术 后肌力 仍为V 级，KPS评分提 高到100
F，27，星 形细胞瘤， 紧邻锥体束 并推压锥体 束，术前左 侧上下肢肌 力III级， KPS评分60， 术后肌力V 级，KSP提 高为100
M，22岁，多形 性胶质母细胞瘤， 侵犯并破坏锥体 束，术前左侧上 下肢肌力III级， KPS评分60，术 后肌力仍为III级， KSP评分60
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
脊髓
由于脊髓体积小，周围的骨质结构形 成磁化率伪影，呼吸运动和脑脊液波 动伪影等因素为DTI在脊髓中的应用带 来挑战。但随着技术的改进，许多新 序列和扫描方式使用使DTI得以应用于 脊髓
DTI的局限性及前景展望
• 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，为神经科学的 研究开辟了更广阔的前景。
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。
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）
• FA值的减低程度及范围与临床认知功能改变明显相 关，对于监测LA的进展演变有更大优势
脑 白 质 变 性 疾 病
肌萎缩性侧索硬化症（ALS）
该症患者皮质脊髓束区域，ADC值明显升高而 FA值明显减少，表明DTI可发现ALS皮质脊髓束 的病理改变
阿尔茨海默氏病（AD）
利用DTI研究发现该症患者的白质联合纤维传导束 的完整性明显受损，轻度或早期的AD，颞叶白 质FA值降低，并且和临床严重程度密切相关， 而锥体束的完整性无明显受损，这一发现与该症 的临床表现一致，突出症状是认知功能下降而不 是运动功能障碍
►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
• 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
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
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
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 。
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
►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 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
磁共振弥散张量成像 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。
局限性
• “证实”问题 ，即如何在活体证实DTI所追踪的白质纤维走行 的精确度与人体是否符合就是当前研究的一个关键 • DTI结果具有操作者因素，例如兴趣区的大小、位置、FA阈值、 采用的算法以及对神经解剖学知识的熟悉程度均影响示踪成像 结果的准确性
左侧颞部脑膜瘤
57Y,M,考虑左顶叶胶质 瘤
53Y,F，胶质瘤
F，28Y，考虑右侧额颞叶胶质瘤
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，而 DTI在检测脑梗死后皮质脊髓束损伤有着显著优势
• 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
&
=
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。
A
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 ►水分子通过细胞膜的渗透作用 ►细胞外间隙形态的改变
• DTI在通过对梗死远端皮质脊髓束FA计算判断其变性程度，并预测 患者的运动功能转归
46Y，F，突发右侧无力十 天，左侧内囊后肢梗塞