MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)課件

MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第1頁序言

實現(xiàn)活體觀察組織結(jié)構(gòu)完整性和連通性,利于對多種疾病引發(fā)白質(zhì)纖維束損害程度及范圍判定?？捎糜陲@示腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)傳導(dǎo)束走行方向,實現(xiàn)對人中樞神經(jīng)纖維精細(xì)成像。磁共振彌散張量成像（diffusiontensorimaging,DTI）MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第2頁MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第3頁DTI成像基礎(chǔ)原理MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第4頁DWI原理 組織T1、T2馳豫時間、H1密度、分子彌散運動利用擴散敏感梯度脈沖將水分子彌散效應(yīng)擴大,來研究不一樣組織中水分子擴散運動差異MR圖像信號DWI圖像MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第5頁其方法就是在常規(guī)MRI序列上施加對彌散敏感梯度脈沖來取得MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第6頁經(jīng)過兩個以上不一樣彌散敏感梯度值（b值）彌散加權(quán)象,可計算出彌散敏感梯度方向上水分子表觀彌散系數(shù)（apparentdiffusioncoefficientADC）ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)

DWI評定彌散參數(shù)=&b=0b=1000ADCADC反應(yīng)了水分子擴散運動能力,指水分子單位時間內(nèi)擴散運動范圍,越高代表水分子擴散能力越強。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第7頁正常組織隨機運動的水分子---低信號細(xì)胞毒性水腫的組織運動受限的水分子---高信號AB組織內(nèi)影響水分子彌散原因細(xì)胞內(nèi)外體積改變水分子經(jīng)過細(xì)胞膜滲透作用細(xì)胞外間隙形態(tài)改變MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第8頁然而DWI成像只在X、Y、Z軸三個方向上施加敏感梯度,不能完全、正確地評價不一樣組織在三維空間內(nèi)彌散情況,組織各向異性程度往往被低估。

DTI則能夠在三維空間內(nèi)定量分析組織內(nèi)水分子彌散特征。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第9頁均質(zhì)介質(zhì)中水分子運動是無序隨機運動,即向各個方向運動幾率是相同,即含有各向同性（isotropy）DTI基礎(chǔ)原理在人體組織中,水分子運動因為受到組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響,在各個方向彌散程度是不一樣,含有方向依靠性,即含有各向異性(anisotropy)兩個概念MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第10頁要描述水分子空間彌散情況,引入了張量概念,腦白質(zhì)中每一個體素各向異性擴散過程就能夠用張量D表示。需要用一個二維矩陣表示:

MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第11頁均質(zhì)介質(zhì)中能夠水分子自由運動為各向同性,即在各個方向上彌散強度大小一致,彌散張量D描述為球形,沿磁共振三個主坐標(biāo)特征值為λ1=λ2=λ3在腦白質(zhì)中因為髓鞘阻擋,水分子彌散被限制在與纖維走行一致方向上,含有較高各向異性,此時彌散張量可表示為橢球形,其特征值λ1>λ2>λ3,最大特征值對應(yīng)方向與經(jīng)過該體素纖維束走行平行MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第12頁二階張量含有對稱性,Dxy＝DyxDxz=DzxDyz=Dzy所以只要計算6個變量方法:最少在6個不一樣非共線方向上施加敏感梯度,另外再采集一幅含有一樣參數(shù)而未施加敏感梯度圖像。從彌散加權(quán)像和非彌散加權(quán)像信號強度衰減差異中能夠得到6幅表觀彌散系數(shù)圖（ADC）,得到一個六元一次方程組,最終利用這些圖能夠求得每個體素有效彌散張量DMRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第13頁理論上6次就能夠,不過因為噪聲存在,方向越多,三維空間分布越均勻則數(shù)據(jù)越正確,現(xiàn)在最多能夠在128個不一樣方向進(jìn)行成像12個方向42個方向162個方向642個方向MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第14頁DTI量化參數(shù)第一類是平均擴散率指MR成像體素內(nèi)各個方向擴散幅度平均值,代表了某一體素內(nèi)水分子擴散大小或程度,通常所用指標(biāo)就是平均彌散系數(shù)（averagediffusioncoefficient,ADC）,反應(yīng)了水分子單位時間內(nèi)擴散運動范圍,單位是mm2/s,其值越大,說明水分子擴散能力越強MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第15頁正常ADC圖MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第16頁第二類是反應(yīng)各向異性參數(shù)部分各向異性指數(shù)（fractionalanisotropy,FA）

分析各向異性最常見參數(shù),指彌散各向異性部分與彌散張量總值比值,反應(yīng)了各向異性成份占整個彌散張量百分比,取值在0～1之間,0代表了最大各向同性彌散,比如在完全均質(zhì)介質(zhì)中水分子彌散,1代表了假想下最大各向異性彌散腦白質(zhì)中FA值與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性呈正相關(guān)MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第17頁－水分子垂直于神經(jīng)纖維走向彌散運動困難－水分子平行于神經(jīng)纖維走向彌散運動輕易MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第18頁在FA圖上,腦白質(zhì)為高信號,表現(xiàn)出比較高各向異性,纖維排列最大程度趨于一致時,FA值也就越靠近1,比如胼胝體,而腦灰質(zhì)與腦脊液因趨向各向同性表現(xiàn)為低信號胼胝體>內(nèi)囊后肢>內(nèi)囊前肢>外囊>半卵園中心MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第19頁2、相對各向異性（relativeanisotropy,RA）和容積比（volumeratio,VR）RA為各向異性和各向同性成份百分比。VR等于橢球體體積與半徑為平均擴散率球體體積之比。二者取值范圍亦在0～1之間,RA意義與FA相同,越靠近1說明水分子各向異性程度越高。而VR越靠近1說明水分子彌散越趨于各向同性。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第20頁

VR圖MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第21頁DTI彩色彌散張量圖依據(jù)體素彌散最大本征向量方向決定白質(zhì)纖維走行原理,經(jīng)過將X、Y、Z軸方向關(guān)鍵本征向量分別配以紅、綠、籃三種顏色MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第22頁白質(zhì)纖維束示蹤成像

（fibertractography）

就是利用最大本征向量λ1對應(yīng)纖維束傳導(dǎo)方向?qū)⒋竽X中神經(jīng)纖維束軌跡描出來,實現(xiàn)活體查看和研究中樞以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)通路連接和連續(xù)性。其方法:從一個設(shè)置種子位置開始追蹤,直至碰到體素FA值小于0.2MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第23頁胼胝體MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第24頁MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第25頁扣帶回內(nèi)囊MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第26頁冠輻射皮質(zhì)脊髓束MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第27頁MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第28頁MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第29頁DTI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)臨床應(yīng)用MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第30頁大腦發(fā)育及衰老出生后大腦仍繼續(xù)發(fā)育、髓鞘化,2歲左右基礎(chǔ)完成遵照從下到上,從后到前,從中央到周圍規(guī)律進(jìn)行髓鞘化膽固醇逐步降低,磷脂逐步增多,最終形成成熟髓鞘在這個過程中,組織各向異性不停增加,利用DTI技術(shù),能夠定量分析不一樣部位腦組織各向異性程度,顯示大腦發(fā)育過程MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第31頁在新生兒和嬰幼兒大腦白質(zhì)ADC值比成人大而空間各向異性比成人小,伴隨大腦發(fā)育成熟,因為整體水份降低和髓鞘化進(jìn)程,很多區(qū)域ADC值降低、而FA值增加而且部分區(qū)域改變要顯著早于傳統(tǒng)MRIT1WI和T2WI信號改變,被認(rèn)為是前髓鞘化表現(xiàn)MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第32頁Schneider等學(xué)者對52名兒童（年紀(jì)段從1天－16歲）行DTI檢驗,測量各個區(qū)域腦白質(zhì)平均彌散率及FA值,結(jié)果發(fā)覺平均彌散率隨年紀(jì)增加而下降,FA值則表現(xiàn)為增加MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第33頁MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第34頁另外部分研究指出白質(zhì)通路微結(jié)構(gòu)完整性與人認(rèn)知功效相關(guān),Filippi等對20名發(fā)育遲緩兒童行DTI檢驗,盡管常規(guī)序列上影像表現(xiàn)正常,但在DTI圖像上存在多處白質(zhì)纖維通路FA值下降而平均ADC增加MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第35頁DTI在腦腫瘤中應(yīng)用定量分析腫瘤組織特點以判別腫瘤等級,判別正常白質(zhì)纖維、水腫及腫瘤區(qū)域。測量瘤周水腫平均ADC值和FA值以分析判別轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)瘤,但現(xiàn)在這些研究結(jié)果尚沒有取得完全一致MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第36頁3、顯示白質(zhì)纖維和腫瘤相互關(guān)系,利于指導(dǎo)外科手術(shù),這是DTI技術(shù)最有臨床價值和應(yīng)用前景。

現(xiàn)在有學(xué)者利用FA圖和彩色張量圖將腫瘤和白質(zhì)纖維關(guān)系分為4種模式MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第37頁模式I:患側(cè)纖維FA值相對于對側(cè)正?；蜉p微降低（降低<25％）同時纖維位置或/和方向發(fā)生改變。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第38頁模式II:患側(cè)纖維FA值相對于對側(cè)顯著降低（>25％）,同時纖維位置和方向正常。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第39頁模式III:患側(cè)纖維FA值相對于對側(cè)顯著減低,同時纖維走向發(fā)生改變MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第40頁模式IV:患側(cè)纖維顯示各向同性或近似同性,無法看出走行方向。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第41頁模式1為腫瘤擠壓周圍纖維移位,提醒腫瘤為良性或侵襲性不強惡性腫瘤。模式2提醒瘤周發(fā)生水腫,但不排除有腫瘤侵入。模式3提醒瘤周纖維被腫瘤侵入。模式4提醒腫瘤破壞瘤周纖維,僅限于惡性腫瘤,但能夠是高等級或低等級腫瘤。

MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第42頁模式I和模式IV腫瘤全切模式I,功效改善模式IV功效障礙不加重,生存期延長模式II和模式III部分切除,加強輔助診療提升生存質(zhì)量MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第43頁這么分類對于臨床術(shù)前決定手術(shù)方案是十分有價值。使臨床外科醫(yī)生能夠在術(shù)前、術(shù)中更清楚掌握腫瘤和白質(zhì)纖維情況,使手術(shù)方案愈加可靠安全現(xiàn)在已經(jīng)有學(xué)者報道了DTI在神經(jīng)外科腫瘤切除術(shù)中有效性,認(rèn)為利用DTI指導(dǎo)手術(shù)能夠提升手術(shù)全切率,降低術(shù)后功效障礙MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第44頁北京天壇醫(yī)院戴建平等利用DTI技術(shù)對包含錐體束36例腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)前進(jìn)行導(dǎo)航指導(dǎo)外科手術(shù),結(jié)果認(rèn)為白質(zhì)纖維示蹤技術(shù)能夠優(yōu)化手術(shù)方案,保護(hù)皮質(zhì)下關(guān)鍵功效白質(zhì)纖維,并可估計患者臨床功效預(yù)后。MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第45頁28,M,星形細(xì)胞瘤,未累及錐體束,術(shù)前雙側(cè)上下肢肌力均V級,KSP評分90,術(shù)后肌力仍為V級,KPS評分提升到100MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第46頁F,27,星形細(xì)胞瘤,緊鄰錐體束并推壓錐體束,術(shù)前左側(cè)上下肢肌力III級,KPS評分60,術(shù)后肌力V級,KSP提升為100MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第47頁M,22歲,多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,侵犯并破壞錐體束,術(shù)前左側(cè)上下肢肌力III級,KPS評分60,術(shù)后肌力仍為III級,KSP評分60MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第48頁左側(cè)顳部腦膜瘤MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第49頁57Y,M,考慮左頂葉膠質(zhì)瘤MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第50頁53Y,F,膠質(zhì)瘤MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第51頁F,28Y,考慮右側(cè)額顳葉膠質(zhì)瘤MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第52頁DTI在腦梗塞中利用DWI有利于臨床診療早期、超早期腦梗死立刻診療,而DTI在檢測腦梗死后皮質(zhì)脊髓束損傷有著顯著優(yōu)勢MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第53頁梗死區(qū)域FA顯著降低,早期平均ADC值降低,后期增高與梗死區(qū)相聯(lián)絡(luò)同側(cè)內(nèi)囊、大腦腳和橋腦處皮質(zhì)脊髓束FA較對側(cè)顯著降低,提醒腦梗死后遠(yuǎn)端皮質(zhì)脊髓束可能存在進(jìn)行性Wallerian變性DTI在經(jīng)過對梗死遠(yuǎn)端皮質(zhì)脊髓束FA計算判定其變性程度,并估計患者運動功效轉(zhuǎn)歸MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第54頁46Y,F,突發(fā)右側(cè)無力十天,左側(cè)內(nèi)囊后肢梗塞MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第55頁DTI不僅可用于腦梗死后白質(zhì)纖維束,比如白質(zhì)纖維束變性研究,還能用于顱內(nèi)灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變研究。長久DTI隨訪觀察有利于加深大家對卒中后臨床病理學(xué)演變過程認(rèn)識MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第56頁腦白質(zhì)變性疾病多發(fā)性硬化（MS）急性期,ADC和FA均下降慢性期,ADC增加,FA值雖下降但比急性期高T2WI顯示正常區(qū)域白質(zhì)也有改變,提醒這是一個彌漫性多發(fā)病變MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第57頁45y,F,MS患者T2ADCFAMRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第58頁缺血性白質(zhì)疏松（LA）關(guān)鍵表現(xiàn)為ADC升高和FA降低,與病理提醒軸突降低和膠質(zhì)增生相符合FA值減低程度及范圍與臨床認(rèn)知功效改變顯著相關(guān),對于監(jiān)測LA進(jìn)展演變有更大優(yōu)勢腦白質(zhì)變性疾病MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第59頁肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）該癥患者皮質(zhì)脊髓束區(qū)域,ADC值顯著升高而FA值顯著降低,表明DTI可發(fā)覺ALS皮質(zhì)脊髓束病理改變阿爾茨海默氏病（AD）利用DTI研究發(fā)覺該癥患者白質(zhì)聯(lián)合纖維傳導(dǎo)束完整性顯著受損,輕度或早期AD,顳葉白質(zhì)FA值降低,而且和臨床嚴(yán)重程度親密相關(guān),而錐體束完整性無顯著受損,這一發(fā)覺與該癥臨床表現(xiàn)一致,突出癥狀是認(rèn)知功效下降而不是運動功效障礙腦白質(zhì)變性疾病MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第60頁F,47y,進(jìn)行性神志模糊二十天,意識障礙十五天,考慮脫髓鞘疾病,藥品性腦炎可能MRI彌散張量成像DTI的基本原理和其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用第61頁其她精神分裂癥,DTI能夠顯示白質(zhì)纖維束通路上連通異常,表現(xiàn)為病變部位FA值降低慢性酒精中毒,在胼胝體膝部、壓部及半卵園中心FA值都有降低,且FA值與使用酒精時間長短有一定相關(guān)性彌漫性軸索損