dti彌散張量 ppt課件

1、彌散張量成像,劉思成,彌散張量成像（DTI）,DTI是一種通過(guò)DWI技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展，以三維形式顯示神經(jīng)纖維束的走行方向一項(xiàng)技術(shù)。是無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)白質(zhì)纖維束之間的聯(lián)系及其病變的一種技術(shù),彌散,是指分子的隨機(jī)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是人體重要的生理活動(dòng)，是體內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式之一，又稱布朗運(yùn)動(dòng)。彌散是一物理過(guò)程，其原始動(dòng)力為分子所具有的熱能。,DTI的價(jià)值,DTI是目前唯一一種追蹤腦白質(zhì)纖維并反映其解剖連通性的方向的磁共振方式。DTI實(shí)現(xiàn)活體觀察組織結(jié)構(gòu)

2、的完整性和連通性，利于對(duì)各種疾病的引起的白質(zhì)纖維束的損害程度及范圍的判斷。DTI可用于顯示腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)傳導(dǎo)束的走行方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)人的中樞神經(jīng)纖維精細(xì)成像。,DTI和DWI的異同,彌散張量成像是彌散加權(quán)成像的一種高級(jí)形式。相同點(diǎn)：DTI與DWI的成像基礎(chǔ)相同，都是基于水分子在不同結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散方向和速度差異。異同點(diǎn)：（1）兩者所包含的信息量不同。DWI只用ADC一個(gè)參數(shù)描述，擴(kuò)散程度的測(cè)量限于一個(gè)平面內(nèi)，常低估組織的各向異性。DTI用多個(gè)

3、參數(shù)描述，從三維立體空間定量地分析水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)及相關(guān)性。（2）兩者主要應(yīng)用方向不同，DWI早期用于腦缺血的診斷，現(xiàn)發(fā)展為應(yīng)用于各系統(tǒng)的感染 、腫瘤和腫瘤性病變，在提高早期診斷和確定腫瘤范圍方面有特殊價(jià)值。DTI包含了方向信息的向量圖，主要用于評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)的完整性，主要應(yīng)用于腦、脊髓、心臟、及骨骼肌等具有規(guī)律走形的纖維束結(jié)構(gòu)。,DTI的兩個(gè)基本概念,各向同性 各向異性,各向同性,指在完全均勻的介質(zhì)中，分子的運(yùn)動(dòng)由于沒(méi)有障礙，向各

4、個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的距離是相等的，此種彌散方式稱為各向同性例如在純水中水分子的彌散即為各向同性彌散，在人腦組織中，腦脊液及大腦灰質(zhì)中水分子的彌散近似各向同性彌散。,水分子在自由狀態(tài)下的彌散是各向同性的,各向異性,具有方向依賴性，在按一定方向排列的組織中，分子向各個(gè)方向彌散的距離不相等，則稱為各向異性,基本原理,人體內(nèi)的水分子同體外水分子的運(yùn)動(dòng)不同，它不僅受組織細(xì)胞本身特征的影響，而且還受細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在具有固定排列順序的組織結(jié)構(gòu)中，如

5、神經(jīng)纖維束。水分子在三維空間內(nèi)各個(gè)方向上擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的快慢不同，水分子通常更傾向于沿著白質(zhì)纖維束走行的方向進(jìn)行擴(kuò)散，而很少沿著垂直于白質(zhì)纖維束走行的方向進(jìn)行擴(kuò)散，這種具有方向依賴性的擴(kuò)散即稱為擴(kuò)散的各向異性，其運(yùn)動(dòng)軌跡近似一個(gè)橢球體。橢球體的半徑稱為本征向量，其中最大半徑稱為主本征向量。,要描述水分子的空間彌散情況 ，引入了張量的概念，腦白質(zhì)中每一個(gè)體素的各向異性擴(kuò)散過(guò)程就可以用張量D表示 。需要用一個(gè)二維矩陣表示 ：,,DTI就是一種用數(shù)

6、學(xué)的方法來(lái)表示腦組織內(nèi)水分子彌散的各項(xiàng)異性,DTI量化參數(shù),平均彌散系數(shù)（ADC）部分各向異性指數(shù)（FA）相對(duì)各向異性（RA）容積比（VR）,平均彌散系數(shù)（ADC）,MR成像體素內(nèi)各個(gè)方向擴(kuò)散幅度的平均值代表了某一體素內(nèi)水分子擴(kuò)散的大小或程度。通常所用的指標(biāo)就是平均彌散系數(shù)，反應(yīng)了水分子單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的范圍，單位是mm2/s，其值越大，說(shuō)明水分子擴(kuò)散能力越強(qiáng)。,ADC,自由水的ADC值大約為2.5x10-3mm2/S正常腦

7、組織的ADC值為0.7-0.9x10-3mm2/S腦組織急性病變的ADC值多為降低腦組織亞急性或慢性病變的ADC值多為升高,在ADC圖中，信號(hào)強(qiáng)度與ADC值呈正比，因此腦脊液為高信號(hào)而腦實(shí)質(zhì)為低信號(hào)。,正常ADC,部分各向異性指數(shù)（FA）,FA值是分析各向異性最常用的參數(shù)，指彌散的各向異性部分與彌散張量總值的比值。 反應(yīng)了各向異性成分占整個(gè)彌散張量的比例，取值在0～1之間，0代表了最大各向同性的彌散，例如在完全均

8、質(zhì)介質(zhì)中的水分子彌散，1代表了假想下最大各向異性的彌散,FA 圖,胼胝體,內(nèi)囊前肢,扣帶回,額橋束,皮丘束,內(nèi)囊后肢（皮質(zhì)脊髓束，皮質(zhì)球束,皮質(zhì)橋腦束）,外囊,視放射,扣帶回,胼胝體,FA 圖上不能顯示各神經(jīng)束的走行方向,,,,,,,,,,,彩色編碼FA圖,胼胝體,內(nèi)囊前肢,扣帶回,額橋束,皮丘束,內(nèi)囊后肢（皮質(zhì)脊髓束，皮質(zhì)球束,皮質(zhì)橋腦束）,外囊,視放射,扣帶回,胼胝體,彩色編碼的FA 圖上能顯示各神經(jīng)束的走行方向， 紅色=左右走行，

9、綠色=前后走行，藍(lán)色=上下走行,,,,,,,,,,,相對(duì)各向異性（RA）和容積比（VR）,RA為各向異性和各向同性成分的比例。 VR等于橢球體的體積與半徑為平均擴(kuò)散率的球體體積之比。 兩者的取值范圍亦在0～1之間 ，RA的意義與FA相似，越接近1說(shuō)明水分子的各向異性程度越高。而VR越接近1說(shuō)明水分子的彌散越趨于各向同性 。,評(píng)價(jià)參數(shù),將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)后處理后轉(zhuǎn)換成以下參數(shù)成像，包括平均彌散系數(shù)（ADC）、部

10、分各向異性（FA）、相對(duì)各向異性（RA）、容積比（VR）根據(jù)各個(gè)方向的水分子運(yùn)動(dòng)信息，可觀察腦白質(zhì)纖維束的走行、完整性和方向性。因此應(yīng)用FA、RA、VR值和FA、AR、VR圖可以對(duì)每個(gè)體素水分子的彌散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行量化，又可描述大多數(shù)水分子的彌散方向。,DTI彌散彩色圖,據(jù)體素彌散的最大本征向量的方向決定白質(zhì)纖維走行的原理，通過(guò)將X、Y、Z軸方向的主要本征向量分別配以紅、綠、籃三種顏色 分別代表了左右、前后、上下方向的纖維束。,DTI彌散示

11、蹤圖基本原理,通過(guò)第一個(gè)體素主本征向量的方向?qū)ふ蚁乱粋€(gè)主本征向量與其最接近的體素，將這些體素連接起來(lái)達(dá)到顯示白質(zhì)纖維束的目的。彌散張量的示蹤圖需要聯(lián)合應(yīng)用相應(yīng)的示蹤ADC和FA圖進(jìn)行評(píng)價(jià)。,白質(zhì)纖維束示蹤成像技術(shù),應(yīng)用DTI數(shù)據(jù)選擇專用的軟件可以建立擴(kuò)散示蹤圖，來(lái)描述白質(zhì)纖維束的走行形態(tài),,交互式3D瀏覽窗口，用以顯示解剖和纖維束信息。矩形瀏覽窗是作為位置參考，彩色線提示所顯示矩形窗層面所在的位置。,界面簡(jiǎn)介,從圖像索引窗拖拉一組解剖數(shù)

12、據(jù)到軟件中，解剖圖可以和FA圖的顏色相融合,圖像融合,瀏覽圖像,轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)瀏覽,單個(gè)感興趣區(qū)纖維束示蹤技術(shù),通過(guò)瀏覽圖像找到最適合畫(huà)感興趣區(qū)的層面，執(zhí)行單個(gè)感興趣區(qū)纖維束追蹤,單個(gè)感興趣區(qū)纖維束示蹤技術(shù),,手動(dòng)畫(huà)感興趣區(qū)，畫(huà)完后釋放鼠標(biāo)，感興趣區(qū)的纖維束就會(huì)立刻重建出來(lái)。,纖維束示蹤圖,臨床應(yīng)用,大腦發(fā)育及衰老腦腫瘤腦梗塞,大腦發(fā)育及衰老,出生后大腦仍繼續(xù)發(fā)育、髓鞘化2歲左右基本完成遵循從下到上，從后到前，從中央到周?chē)囊?guī)律進(jìn)行髓鞘

13、化膽固醇逐漸降低，磷脂逐漸增多，最后形成成熟的髓鞘在這個(gè)過(guò)程中，組織的各向異性不斷增加，利用DTI技術(shù)，可以定量分析不同部位腦組織的各向異性程度，顯示大腦的發(fā)育過(guò)程,腦腫瘤,定量分析腫瘤組織特點(diǎn)以鑒別腫瘤的級(jí)別，鑒別正常的白質(zhì)纖維、水腫及腫瘤區(qū)域。測(cè)量瘤周的水腫的平均ADC值和FA值以分析鑒別轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)瘤.顯示白質(zhì)纖維和腫瘤的相互關(guān)系。利于指導(dǎo)外科手術(shù)，這是DTI技術(shù)最有臨床價(jià)值和應(yīng)用的前景。目前有學(xué)者利用FA圖和彩色張量圖

14、將腫瘤和白質(zhì)纖維的關(guān)系分為4種模式,I：患側(cè)纖維的FA值相對(duì)于對(duì)側(cè)正常或輕微降低（降低<25％）同時(shí)纖維的位置或方向發(fā)生改變。,模式1為腫瘤擠壓周?chē)w維移位，提示腫瘤為良性或侵襲性不強(qiáng)的惡性腫瘤。,II：患側(cè)纖維FA值相對(duì)于對(duì)側(cè)明顯降低（>25％），同時(shí)纖維位置和方向正常。,模式2提示瘤周發(fā)生水腫，但不排除有腫瘤侵入。,III：患側(cè)纖維FA值相對(duì)于對(duì)側(cè)明顯減低，同時(shí)纖維的走向發(fā)生改變,,模式3提示瘤周纖維 被腫瘤侵入。

15、,IV：患側(cè)纖維顯示各向同性或近似同性，無(wú)法看出走行方向。,,模式4提示腫瘤破壞瘤周纖維，僅限于惡性腫瘤，但可以是高級(jí)別或低級(jí)別腫瘤。,I型和IV型,腫瘤全切,I型，功能改善，IV型 功能障礙不加重，生存期延長(zhǎng),,,,II型和III型,部分切除，加強(qiáng)輔助治療,提高生存質(zhì)量,,,腦梗塞,DWI有助于臨床診斷早期、超早期腦梗死的及時(shí)診斷，DTI在檢測(cè)腦梗死后皮質(zhì)脊髓束損傷有著顯著優(yōu)勢(shì)梗死區(qū)域的FA顯著降低，早期平均ADC值降低，后期

16、增高與梗死區(qū)相聯(lián)系的的同側(cè)內(nèi)囊、大腦腳和橋腦處的皮質(zhì)脊髓束FA較對(duì)側(cè)顯著降低，提示腦梗死后遠(yuǎn)端的皮質(zhì)脊髓束可能存在進(jìn)行性的瓦氏變性（Wallerian變性）DTI通過(guò)對(duì)梗死遠(yuǎn)端皮質(zhì)脊髓束FA值計(jì)算，可判斷其變性程度，并預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)歸,46Y F突發(fā)右側(cè)無(wú)力十天左側(cè)內(nèi)囊后肢梗塞,（正常FA圖）,小結(jié),DTI可發(fā)現(xiàn)一些疾病的早期改變，了解主要傳導(dǎo)通路的損傷程度 。腦腫瘤的術(shù)前計(jì)劃的制訂及指導(dǎo)手術(shù) 目前DTI最有前景的研