MR弥散张量成像技术及其临床应用

2 DT I分析的常用参数 2. 1 部分 各向 异性 ( fraction an iso tropy, FA ): 是 指 水分 子各 向异性成分占整个弥 散张量 的比 例, 表现为 各向 异性的 扩散 系数的一小部 分。为 定量 分析 各向 异性 的 最常 用 参数。 FA 的值为 0~ 1, 0代 表最大各向同 性的弥 散, 1代 表假想 下最大 各向异性的弥散。在脑白质中 FA 值与髓鞘的完整性、纤维的 致密性及平行性呈正相关。 2. 2 相对各向异 性 ( relative an isot ropy, RA ): 为各向异 性和 各向同性成分的比例。 2. 3 各向异性指数 ( an iso t ropy index, A I): 等于 1- VR , 因 此随各向异性的增加而增加。 2. 4 最大特征值: 代表平 行于纤 维束走 行方向 上的扩 散率, 它随 b值的增加而降低, 随 着 b 值的 增加灰 白质 间最大 特征 值的差别缩小。 2. 5 FA 图: DT I 最常用图, 以 FA 值为 图像信 号强度 可以拟 合出 FA 图, 直接反 映各向异性的比例 (程度 ), 间接反 映组织 水扩散的快慢。故扩散 速率 快, FA 值 越大, FA 图信 号越 强, 灰度高。在 FA 图中, 脑 白质各 向异性 最高为 高信 号, 而 脑脊
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润性特征不明显, 其大 多不增 强, 也没 有水肿, 对 周围 脑组 织所造成的形响较少。肿瘤本身和其周 围的水肿造 成脑组织 细胞结构和完整性改变, 从而 导致水分 子的弥 散方向 和幅度 的变化。同肿瘤组织 和其周 围的 水肿相 比较, 正 常大脑 白质 组织表现为低 ADC值和 高 FA 的 值, 这是由 于在 肿瘤组 织和 其周围的水肿区域, 自 由水成 分增 加 ( 导致 高 A DC 值 ) 和正 常组织结构的丢失 (导致低 FA 值 )所致 [ 10]。 4. 2. 2 脑膜瘤: 脑膜瘤为较局限的脑外肿瘤, 质地较硬, 边 缘 光整, 略呈分叶状。良性脑膜瘤不 侵蚀脑实质, 但可 使灰质受 压变形。非典型及间 变性脑 膜瘤 易复发、并 具有 侵袭性 生长 的特性。良性脑膜瘤 ADC值较高, 往往 等于或 高于对 侧正常 脑组织的 ADC 值; 恶性脑膜 瘤 ADC 值较低, 等于或 低于对侧 正常脑组织的 ADC 值, 在 DW I上为 高信 号。虽然 良、恶 性脑 膜瘤 ADC值范围有较大的重叠, 但 ADC值的测定仍然有助于 临床良、恶性脑膜 瘤的 鉴 别。良、恶性 脑膜 瘤水 肿区 ADC 值 相近, 均表现为 ADC 值降低, 无显著性差异 [ 11] 。 4. 3 脑白质病 4. 3. 1 多发性硬化 (M ultip le Sclero sis, M S) : M S具有多种形 式的 DW I、ADC和 FA 信号变化。在急性 期有增 强的斑 块, 由 于血管源性水肿、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, FA 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。但在超急性期, 再髓鞘化、炎细胞浸 润和髓鞘 崩解产物 可导致弥散减 低。在 白 质 M R 表现 正 常的 多 发 性硬 化 患者 中, 存在 微弱的 组织学 变化, 如弥 漫的星形 细胞增 生, 斑片状 水肿, 血 管周围 炎性浸 润, 胶质增 生, 髓 鞘异常 变薄及 轴索脱 失等, 故有较 高的 ADC 值。 FA 图中 白质束 显示 欠佳能 反映 组织完整性的广泛改变, FA 值 降低的范围 要比传统 M R 序列 所见的异常信号的范围更加广泛 [ 12]。 4. 3. 2 脑白质 营养 不良 ( L eukodystropies) : DT I可 以很 好地 评价髓鞘 发 育 不良 或 脱 髓 鞘的 疾 病。 在白 质 受 累 的 区 域, A DC和 FA 都有显著异 常, 病变的核 心和周 边部位 的 A DC和 FA 也有一定的差别, 其变化与病理组织 学相一致 [ 12] 。 4. 4 变性性疾病 4. 4. 1 阿尔 茨海默 病 ( A lzhe im er D isease , AD ): AD 是 大脑 最常见的变性病, 是成人痴呆的 一个主要 原因, 传统 M R 表现 为颞叶前部和海马区 的萎缩 和异 常高信 号, 但其 对早期 发现 A D 病的敏感性和特异性 不高。在 轻度 或早 期 AD, 颞叶 脑白 质的 FA 值可以有明显降 低, 并与临 床的严重 程度 密切相 关。 颞叶脑白质早期的轴索膜或髓鞘破坏和 脱失造成纤 维密度降 低, 被认为是 FA 降 低的 可能 原因。海 马体的 ADC 值变 化未 见显著性差异 [ 12] 。 4. 4. 2 肌萎缩侧索硬化 ( Am yotroph ic L atera l Sclerosis, AL S): A LS是一类进行性肌肉无力, 伴有球麻 痹症状的 疾病, 通常在 发病后 6年 内死亡, T2W I可 在内 囊后 肢、大脑 脚等 皮质 脊髓 束走行区发现异常高信号。 DT I则对皮 质脊髓 束变性 的范围 和严重程度有很大帮助, 并利于早期发现。在 T2W I信号变化 之前即可获得 ADC的升 高和 FA 的降低, 这 些微 小变化 反映
方向和结构有关 [ 4] 。 1. 2 弥散张量 : 张量 ( tenso r) 一词来源于物理学和工程学 领域 [ 5], 它是利用一组 3D 矢量来描述固体物质内的张力。由 于组织弥散的各向异性, 弥散不能 用单一参数 表述, 需要用弥 散张量 D 来表述。 D 可以完全反 映分子沿各个方向 的弥散及 其之间的相互关系。弥散张量可用以下公式来表达 [ 6] :
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吉林医学 2008 年 11月第 29 卷第 21期
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4 DTI临床应用价值 4. 1 脑梗死: DW I在 急性 期脑 梗死的 诊断 中具 有其 他影 像 学检查方法, 比如 CT、常 规 M R I无 法比 拟的 优 势。 DT I可 以 定量分析梗死区域及 其周围脑组织 的水分 子弥散 的改变, 并 利用弥散张量所得 数据 可以进 行大 脑白质 束成 像, 可以 获得 大脑白质纤维通道 的方 向和完 整性 的信息 , 可 立体 直观 梗塞 灶与白质纤维之间的可以帮助 临床更好地治 疗患者和 预测预 后 [ 2] 。 Y angQ 等发现急性中风患者的 AD C值和 FA 会 随时间 有不同的 变化 , 主要 有三 种情 况: ∀ A DC 降低, FA 升 高; # ADC、FA 均降低; ∃ ADC 升高, FA 降低。 FA 的变化与 缺血损 伤的严重程度 有关, 并能 预测 中风的 结果。 笔者 推测, FA 的 水平可以反映细胞肿胀、胞膜降解的程 度, 即 缺血性损 伤的严 重程度 [ 9] 。 4. 2 脑肿瘤: 由于 脑肿 瘤可 使脑 组织 的细 胞结 构和 水成 分 发生变化, 包括自由水的增加和组织结 构的丧失, 及肿 瘤间质 内细胞外水分子运 动的受 限, 从 而可 以用 DT I 来评 价肿 瘤组 织和肿瘤周围脑组织 病理改变。直观显示肿 瘤与周围 的大脑 白质纤维的关系, 构画肿瘤的边界, 观察肿瘤 与白质纤 维通道 之间的关系, 以更好地指导手术 [2] 。 4. 2. 1 胶质瘤: 胶质瘤是发 生在脑 组织的最 常见的 肿瘤, 高 级别胶质瘤浸润性生 长明显, 往往 表现为 明显的 强化和 肿瘤 周围的水肿, 从而对周围 组织造 成破坏, 而低 级别 胶质 瘤浸
1 DTI基本原理 DT I是在 DW I( D iffusion w e ighted im ag ing )技 术基 础上 发
展起来的一种新的 磁共 振成像 技术, 其 可以在 三维 空间 内定 时定量地分析组织内 水分子弥散特性。活体 组织中结 构的不 同从而影响水 分子 自由 弥散 的方 向和 速率, 这 种差 异是 DT I 成像的基础, 并为 其所 检测 并转 为图 像和 各参 数值。 DT I 为 三维信息的 采 集, 因 此 至 少要 在 6 个 方向 施 加 弥 散敏 感 梯 度 [ 1] 。 1. 1 弥散的 概念: 弥散是人 体重要 的生理 活动, 分子的 弥散 运动表现为随机平移 运动, 即布朗运动 ( Brow nian m otion)。弥 散的方式分为两种: 一种是指在完全均 质的溶液 中, 分 子的运 动由于没有障碍, 向各个方向运动的距 离是相等 的, 此 种弥散 方式称为各 向同性 ( iso trop ic )弥 散, 例 如在 纯水溶 液、脑脊 液 及大脑灰质中, 水分子的弥散呈现为各 向同性, 各向同 性用扩 散张量的踪迹 ( trace of diffusion tensor)来描述, 与各个方向平 均 A DC( A pparent d iffusion co efficient )值成正比。另一种弥散 具有方向依赖性, 如在 其障 碍物是 具有 高度按 方向 排列 的组 织 中, 分子 向各 个方 向弥 散的 距离 不相 等, 则称 为各 向异 性 ( an isotropic) 弥散 [2] , 在神 经纤 维组 织, 水 分子 因受 髓鞘、轴 索排列方式等影响, 表 现为 沿纤维 走行 方向的 扩散 比与 其垂 直的方向更容易。在脑内不同 结构的神经纤 维其各向 异性不 同, 如胼胝体、锥体束、内囊前肢、半卵圆中心的各向 异性依次 降低 [ 3] 。弥散的各向异性与脑白质内神经 纤维的直 径、密度 、 神经胶质细胞的密 度和 磷脂化 程度 有关, 主要 与神 经纤 维的