MR功能成像 | DTI（1）

介绍又一个磁共振功能成像，DTI，是当前唯一能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法。在神经外科临床上已成熟应用。

作者：薛伟

来源：1影1世界

编辑：stari

磁共振扩散张量成像技术

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概述

磁共振扩散张量成像(DTI)技术，是近年来在DWI基础上发展起来的一种成像及后处理技术，是DWI的发展和深化，是当前惟一的一种能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法。

目前DTI主要用于脑部病变的研究，它除了可以清晰显示出白质纤维束外，还可以评估脑发育水平和脑认知功能，揭示脑部疾病的病理变化，指导脑肿瘤术前计划的制定，评估手术效果及病人预后等。

此外，DTI还可以进行外周神经成像，脊髓成像，椎间盘成像，子宫成像，双肾成像等，有一定的诊断价值。

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DTI原理和方法

弥散（diffusion）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。

在自然条件下，质子的弥散很少受到限制，如蓝墨水滴在纯水中的弥散。这时的弥散速度在各个方向上是相等的，称为各向同性。

然而，生物体中由于某些屏障的阻碍，如存在的半透性和可通透的细胞膜等，质子的随机运动受到限制，这样就形成了对弥散的限制。

人体组织中的长纤维的存在亦使得质子的弥散在各个方向上不完全相同，一般说来，沿着长纤维走行弥散的质子要明显快于垂直其方向弥散的质子，这就是所谓的各向异性，其质子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。

DTI在DWI基础上，利用水分子这种扩散特征，在180°脉冲前后于GXGYGZ 3个梯度通道上施加2个对称的斜方形梯度脉冲，至少于6个方向（多则甚至上百个）依次施加扩散敏感梯度，每一方向上均使用相同较大b值（通常为1000 mm2/s），计算出各个方向上的扩散张量（即水分子扩散的各向异性），并对基础的T2WI-EPI像及DWI-EPI像进行多次采集，将其信号平均，并利用所得多种参数值进行成像来获得较高信噪比的扩散张量图像。

简单的说DTI就是利用弥散张量场中的各向异性扩散的方向信息来追踪神经通路的走行，从而得到脑白质中神经纤维和功能束的走形方向和立体形态。

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DTI主要参数和意义

1、平均弥散率（mean diffusivity  MD）：

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。

正常ADC彩图

2、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 。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。

FA图，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。

3、相对各向异性（relative anisotropy，RA）：

为各向异性和各向同性成分的比例，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。RA可以减少个体生理因素差异，但灰白质对比度不如FA图。

4、容积比（volume ratio，VR）：

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。取值1～0之间，越接近1说明水分子的弥散越趋于各向同性。AI（各向异性指数）=1-VR，它的值随着各向异性的增加而增加。

VR图

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，将X、Y、Z轴方向的主要本征向量分别配以绿、红、篮三种颜色，绿色、红色及蓝色分别代表前后、左右及上下走行的脑白质纤维束。