[]磁共振弥散加权成像和弥散张量成像
磁共振弥散张量成像的基本原理和临床应用
否作为判断组织损害的时间及程度的一项独立的新指标， 有待 进一步研究。 &%&%& 腔隙性脑梗塞 腔隙性脑梗塞常由深穿支动脉阻塞引 起， K.)F+2/2’+*’* 则是一种深穿支动脉进行性纤维玻璃样变引起 的弥漫性白质变性， 常伴有多发小的腔隙梗塞灶。 A< 图的特 征性表现为白质各向异性的明显丧失和 <&? 的中度增加， 这 与轴索丢失和胶质增生相一致。 A< 的白质各向异性丧失与临 床表现特别是认知能力的损害程度有一定的相关性。 &%’ 脑白质病 （ :)B7’=B. G>B./+*’*， &%’%! 多发性硬化 :G） :G 具有多种形式 的 &90、 由于血 <&? 和 A< 信号变化。在急性期有增强的斑块， 管源性水肿、 脱髓鞘、 轴索脱失， 弥散明显增加， 在慢性期无强 化的斑块， 组织丢失增加了平均弥散值， 同时神经胶质增生和 轻度炎性反应使弥散降低。因此，A< 在急性期的斑块中要低 于慢性期的斑块， 而且在急性期和慢性期的鉴别中更加精确。
・ 文献综述・
磁共振弥散张量成像的基本原理和临床应用
盛复庚综述
磁共振弥散张量成像 （ &’(()*’+, -.,*+/ 0123’,3， &-0）主要用 来评价组织结构的完整性， 是功能磁共振成像的一个重要组成 部分。 ! !%! "#$ 的基本原理 磁共振弥散加权成像 （ &’(()*’+,45.’367.8 ’123’,3， &90）
［%］ 值在缺血的脑白质有显著降低， 在脑灰质无明显变化 。 I2,3
磁共振弥散张量成像（DTI）
磁共振弥散张量成像（DTI）弥散张量成像(DTI)，是一种描述大脑结构的新方法，是磁共振成像(MRI)的特殊形式。
举例来说，如果说磁共振成像是追踪水分子中的氢原子，那么弥散张量成像便是依据水分子移动方向制图。
弥散张量成像图（呈现方式与以前的图像不同）可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接，引导进行大脑手术。
它还可以揭示同中风、多发性硬化症、精神分裂症、阅读障碍有关的细微反常变化。
扩散( diffusion)是指热能激发使分子发生的一种微观、随机运动，又称布朗运动。
人体组织结构不同会导致水分子扩散运动在各方向上所受限制的差异，如果水分子在各方向上的限制性扩散对称，就称之为各向同性扩散( isotropic diffusion)；若水分子在各方向上的限制性扩散不对称，则称之为各向异性扩散( anisotropic diffusion)。
各向异性扩散在人体组织中普遍存在，以脑白质神经纤维束最为典型，表现为沿神经纤维长轴方向的水分子扩散较自由，而在与神经纤维长轴垂直方向上的水分子的扩散则受细胞膜和髓鞘的限制。
如果在6个以上方向施加扩散敏感梯度场，则可检测每个体素水分子扩散的各向异性，该技术称扩散张量成像( diffusion tensor imaging，DTI)，可以反映白质纤维束走向在神经科学研究中发挥着重要的作用。
通过DTI分析，可以推断出每个体素的分子的平均扩散率（MD）或表观扩散系数（ADC）、分数各向异性（FA）、轴向扩散率（沿扩散主轴的扩散速率AD）和径向扩散率（RD）。
相关概念1、扩散系数（diffusion coefficient, DC）：表示单位时间内分子自由扩散的范围。
2、扩散敏感因子b值（b value）：是反映MRI各成像序列（如SE、FSE、EPI）对扩散运动表现的敏感程度，体现成像序列检测扩散的能力。
3、表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）:描述磁共振扩散加权成像中不同方面水分子扩散运动的速度和范围。
磁共振弥散成像的基本原理及临床
磁共振弥散成像的基本原理及临床顾雅佳一、磁共振弥散成像的基本概念1．弥散（diffusion）：是描述小分子在组织中微观运动的物理概念，是分子等微观颗粒由高浓度向低浓度弥散的微观移动，即布朗运动，单位为mm2/s。
2．受限弥散：弥散在生物体内的表现。
弥散运动将使溶液系统中的浓度梯度逐渐消失。
但是，在生物体中细胞内外或小器官内外却能保持不同的化学环境，这是由细胞膜的屏障作用决定的，也就是说，膜有阻碍分子自由通过的功能，从而使有些分子的跨膜弥散受到限制。
受限弥散构成了弥散成像的基础。
3．弥散加权成像（diffusion-weighted MR imaging，DWI）：人体中70%是水，通常所说的弥散主要指水分子或含水组织的弥散。
MR通过氢质子的磁化来标记分子而不干扰它的弥散过程。
在任一常规MR成像序列中加入弥散梯度突出弥散效应即可行弥散加权成像，可以对组织中水分子的弥散行为直接进行检测。
人体内水分子弥散运动速率与状态呈微米数量级的运动变化，与人体组织细胞的大小处于同一数量级。
因此，弥散加权成像使MRI对人体的研究深入到细胞水平的微观世界，反映着人体组织的微观世界几何结构以及细胞内外水分子的转运等变化。
4．弥散张量成像（difussion tensor imaging，DTI）：在均质的水中，水分子的弥散运动是一个三维的随机运动，在不同的方向上弥散程度相同，称为各向同性（isotropic）。
而在人体组织中，水分子在三维空间的弥散要受多种局部因素如细胞膜及大分子物质的影响。
尤其在有髓鞘的神经纤维中，水分子沿轴突方向的弥散速度远大于垂直方向的弥散，此种有很强方向依赖性的弥散，即弥散的各向异性(anisotropic)，即水分子的活动在各个方向上其弥散规律不是随机均等的，而是有弥散方向的不均匀性。
这个现象在脑白质、骨骼肌、心肌等多种组织中均可见到。
各向异性的程度用量化指标来测定，并用向量图或彩色编码来表示即为弥散张量成像。
磁共振和弥散张量成像课件
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缺点比较
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DTI：对脑灰质病变的评估能力有限；对磁场均匀性要求 高。
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MRI：对脑白质纤维束完整性的评估能力有限；需要注射 对比剂。
DTI与MRI的联合应用
联合应用的优势
可以相互补充，全面评估脑组织的结 构和功能；提高诊断的准确性和可靠
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DTI的主要参数
扩散系数（ADC）：描述水分子的扩 散程度，与组织的微观结构有关。
相对各向异性（Relative Anisotropy, RA）：衡量扩散系数的不均匀性，反 映组织结构的复杂性。
纤维方向（Fiber Orientation）：反 映组织中纤维束的走向，对于脑白质 纤维束的追踪和重建具有重要意义。
磁共振和弥散张量成像课件
目录
• 磁共振成像（MRI）基础 • 弥散张量成像（DTI）基础 • DTI在临床诊断中的应用 • DTI与MRI的比较和联合应用 • DTI的局限性及解决策略
01
磁共振成像（MRI）基础
MRI的工作原理
核磁共振现象
利用原子核的自旋磁矩在强磁场 中的进动，通过射频脉冲激发产 生磁共振信号，经过接收和转换
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弥散张量成像（diffusion
弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）技术综述（转）磁共振弥散成像技术是⽬前在活体上测量⽔分⼦弥散运动与成像的唯⼀⽅法，最常⽤的主要包括弥散加权成橡(diffusion weighted imaging，DWI)和弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)。
DTI在中枢神经系统尤其对⽩质和灰质的区别以及⽩质纤维的⾛⾏有很好的成像效果，可了解病变造成的⽩质纤维束受压移位、浸润与破坏，为病变的诊断与鉴别诊断提供更多信息，为⼿术⽅案的制定，术后随访提供依据。
DTI对于神经科学是⼀个新的突破，使得研究者得以了解活体的神经纤维⾛⾏，这不仅有助于深⼊了解⼈脑纤维的结构，⽽且在临床上有很⼤的价值，成为近期脑功能成像技术研究的最新热点之⼀。
⼀、概念 1. Diffusion 是指分⼦的随机移动，即布朗运动。
2. DWI 利⽤组织中⽔分⼦弥散运动的特性进⾏成像。
通过对成像脉冲序列的设计，将弥散对MRI信号的作⽤放⼤化的⼀种新型功能性磁共振成像序列。
DWI使MRI对⼈体的研究深⼊到细胞⽔平的微观世界。
特点：是⼀种对急性组织变化⽐较敏感的磁成像模式；图像的信号强度随着组织的病理变化⽽变化；但它只是⼀种⽤来观察组织情况的定性⼯具。
3. DTI 利⽤组织中⽔分⼦弥散的各向异性(anisotropy)来探测组织微观结构的成像⽅法。
脑⽩质的各向异性是由于平⾏⾛⾏的髓鞘轴索纤维所致，脑⽩质的弥散在平⾏神经纤维⽅向最⼤，即弥散各向异性FA最⼤，接近于1。
这⼀特性⽤彩⾊标记可反映出脑⽩质的空间⽅向性，即弥散最快的⽅向指⽰纤维⾛⾏的⽅向。
DTI是⼀种⽤于研究中枢神经系统解剖神经束弥散各向异性和显⽰⽩质纤维解剖的磁共振技术。
表观弥散系数(Apparent Diffusion Coefficient，ADC) 反映体内⽔分⼦向各个⽅向弥散的平均值，⽔分⼦弥散运动越明显，ADC值增⾼。
磁共振和弥散张量成像
4
狭义的功能磁共振成像
特指血氧饱和水平依赖成像（ blood oxygen level dependent ，BOLD）
静息态（活动）和任务态（激活）
ps：ASL-fMRI（脑血流变化）
血红蛋白对磁场影响不同：脱氧血红蛋白属 顺磁物质，引起加权像信号减低。氧合血红 蛋白是抗磁性物质，可增加加权信号强度。
当氧合／脱氧血红蛋白的比例增加时，或说 脱氧血红蛋白含量减少，其T2缩短效应减弱， 表现为延长。在加权像上表现为信号增强， 故而神经元活动区的加权像信号即高于非活 动区。
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RS-fMRI应用
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DTI的基本原理
DTI是在DWI(Diffusion weighted imaging)技术基础上发展起来
在三维空间内定时定量地分析组织内水 分子弥散特性
各向同性（isotropy） 各向异性 (anisotropy)
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DTI的基本原理
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DTI的基本原理
各向同性
DTI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 行方向和立体形态
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DTI研究
定量研究—常用指标包括：ADC、MD、 FA、RA、VR
纤维束追踪技术—用于显示脑白质中神 经系统纤维和功能束的走行方向和立体 形态
19
DTI的定量研究
内容
1.静息态功能磁共振（RS-fMRI)的原理 及应用。
2.弥散张量成像（DTI)的原理及应用。
3. RS-fMRI和DTI联合应用。
磁共振弥散成像对重型颅脑损伤应用评价ppt课件
图A为测梗塞侧及对侧ADC值 图B测双额部挫伤ADC值
A
B
各个病期梗塞灶ADC 值变化
在超早期，梗塞区脑组织细胞毒性脑水肿， 组织内水含量尚未有明显变化，组织内水 分子弥散强度下降，ADC值降低，在DWI 图像上呈高信号。进一步发展，血管内皮 细胞损伤，细胞通透性增加，细胞间隙水 分聚积导致血管源性脑水肿，水分子弥散 能力进一步下降，ADC值进一步降低 ，并 维持一定时间至亚急性期升高。
热点
磁共振弥散加权成像（DWI)、 弥散张量成 像(DTI)应用于重型颅脑损伤合并脑梗塞以 及判断伤情、损伤部位、范围、病情进展及 预后预测提供了新的方法和理念。
颅脑损伤合并梗塞
▪ 外伤合并梗塞是影响脑外伤伤情及预后重 要因素，其病情发展判断、诊断、治疗存 在一个“时间差”，而且临床症状常被原 发脑外伤症状所掩盖，CT、常规MRI发现 异常要在梗塞后6-12小时以上,不能在超早 期得到及时诊断治疗。
ADC值
各期梗塞侧与对侧的 ADC关系
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 超急性期
急性期
亚急性期
梗塞侧 梗塞对侧
各期梗塞侧与对侧FA值关系 0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
超急性期
急性期
亚急性期
梗塞侧 梗塞对侧
预后不同两组与对照组各感兴趣区
ADC值（ x±S）
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
dtidwi]dti(弥散张量成像)简介及原理
[DTI/DWI]DTI(弥散张量成像)简介及原理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。
核磁弥散张量成像弥散系数
核磁弥散张量成像弥散系数核磁共振扫描技术（NMR）已成为临床和科学研究中非常重要的工具之一。
其中，核磁弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是一种常见的核磁共振成像技术，用于测量水分子在生物组织中的弥散程度和走向。
这种技术不仅可以提供微观组织结构的信息，还可以用于研究神经系统的结构与功能之间的关系。
在DTI中，最常用的参数是弥散系数（diffusion coefficient），用于描述水分子在组织中的弥散情况。
弥散系数是衡量分子自由扩散的速率，可以反映组织的微观结构特征。
主要包括平均弥散系数（mean diffusion coefficient）和各向异性弥散系数（anisotropic diffusion coefficient）。
平均弥散系数（ADC）是指在所有方向上测量的弥散率的平均值。
它可以用来评估组织中水分子的分散程度，常用于研究脑组织中的病变或损伤。
各向异性弥散系数（ADC）是指沿特定方向测量的弥散率与垂直于该方向的弥散率之比。
它可用于测量水分子在组织中的走向和固定程度，常用于研究神经纤维束的定位和纤维束的连接性。
DTI中的弥散系数与组织的微观结构特征有关，例如细胞膜的通透性、细胞排列的有序性、组织纤维的密度等。
通过测量组织中的弥散系数，可以对组织的完整性、纤维结构和微观结构的异常进行评估，进而为临床诊断和治疗提供重要信息。
弥散系数在医学研究中具有广泛应用，特别是在神经科学领域。
它可以用于研究脑白质的病变与退化、白质损伤与修复、脑卒中和肿瘤等疾病的诊断与治疗。
此外，弥散系数还可以用于研究癫痫、多发性硬化症、帕金森病和阿尔茨海默症等神经系统疾病的发病机制和变化。
除了以上介绍的平均弥散系数和各向异性弥散系数外，核磁弥散张量成像还可以生成其他参数，如扩散张量、扩散图像和方向编码散弹激发（diffusion-weighted imaging，DWI）等，这些参数都在各自的应用领域中发挥着重要的作用。
磁共振弥散加权成像
汇报人：可编辑
2024-01-11
• 磁共振弥散加权成像简介 • 弥散加权成像的物理基础 • 弥散加权成像的图像解析 • 弥散加权成像的临床应用 • 弥散加权成像的未来展望
01
磁共振弥散加权成像简介
定义与原理
定义
磁共振弥散加权成像（DWI）是一 种基于磁共振技术的功能成像方法， 用于检测活体组织中水分子的随机运 动，从而反映组织微观结构的变化。
随着技术进步，DWI在 医学领域的应用越来越
广泛。
弥散加权成像在医学中的应用
脑部疾病诊断
DWI可用于检测脑部缺血、脑 梗塞等脑部疾病，为早期诊断
和治疗提供依据。
肿瘤诊断与治疗评估
DWI可反映肿瘤内部结构和细 胞密度，有助于肿瘤的早期发 现和治疗效果评估。
神经退行性疾病研究
DWI可用于研究阿尔茨海默病 、帕金森病等神经退行性疾病 的病理生理变化。
其他应用
DWI还可应用于肝脏、肾脏等 器官的疾病诊断，以及在运动
医学中评估肌肉损伤等。
02
弥散加权成像的物理基础
扩散与弥散
扩散
指分子或热量等物质从高浓度区域向低浓度区域转移的现象 。
弥散
在生物组织中，水分子的随机热运动引起的扩散现象，也称 为布朗运动。
弥散系数与弥散张量
弥散系数
描述水分子的弥散能力，单位是mm²/s。
弥散加权成像的图像解析
图像特点与解读
高对比度
弥散加权成像能够提供高 对比度的图像，有助于区 分正常组织和病变组织。
显示微观结构
弥散加权成像能够显示组 织内部的微观结构，如细 胞膜和细胞内水分子的扩 散情况。
时间-空间分辨率
弥散加权成像的时间和空 间分辨率较高，能够捕捉 到快速变化的生理过程。