DTI(弥散张量成像)简介及原理（转）

       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. 

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。如在大脑白质分子的弥散表现为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的弥散速度快于垂直方向。
      张量是一个工程物理学的名称，张量是一个数学结构，是一个椭圆形结构，有三维空间，各向异性有3× 3个二级分量，张量的矩阵是9个非0因素，其中3个分量是相同的（对称性），而其余6个因素（Dxx,Dyy,Dzz ,Dxy,Dxz,Dyz）决定弥散张量的特征。3个非0因素沿着张量的主对角线，称为本征值(eigevalue)λ1,λ2,λ3, 本征值反应出椭圆形的外形，大小与方向无关。而其数学关系代表方向为3个本征向量（eigevector）V1,V2,V3。
       弥散张量成像(DTI)的数据分析：
      ①平均弥散率（mean diffusivity. MD）：MD反映分子整体弥散水平和弥散阻力的整体情况，他只表示弥散的大小，而与弥散的方向无关，也即ADC值。(平均弥散度MD并非ADC值。实际上ADC值只代表弥散梯度磁场施加方向上水分子的弥散特点，也即仅包含相应层面信息，而MD还是包含了空间水分子弥散信息的。     ADC的称呼似乎无关大妨。MD也可以扩展成MeanADC嘛。本义上说，一般活体MRI手段测出来的扩散系数（diffusion coefficient）都是“表观扩散系数”即“apparent diffusion coefficient\"，因为在我们通常使用的序列里面扩散时间做不到足够短，分子扩散总要受到阻碍，所以是”apparent“，而不是”intrinsic“。MD也是表观的即apparent的，只不过和DWI得到的单一方向的ADC不同，是对空间所有（理论上）方向的ADC进行了某种形式（矩阵求迹）的平均后的ADC。)
      ②各向异性程度，反映分子在空间位移的程度，与方向有关。用来分析各向异性的参数很多，有各向异性指数（anisotraphy index,AI），相对各向异性（relative anisotraphy RA）各向异性分数或称部分各向异性（fractional anisotraphy FA）。其中由于FA图像观察大脑白质纤维结构最清楚，灰白质分界好，FA值用于肿瘤诊断有益，故应用广泛。RA值反映水分子弥散的各向异性成分与各相同性成分的比值。λ是描写弥散张量的三个特性值，亦即本征值（eigevalue）。FA值反映水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，其范围从0－1，自由水为0，对于非常规则的大脑白质纤维FA值接近1。
      弥散张量白质束成像(Diffusion tensor Tractography,DTT) 或称纤维束示踪成像技术（Fiber tractography FT），是在弥散张量成像发展起来得一项新技术，可在活体中显示纤维束的方向及完整性。

      DTI图像反映脑白质纤维素的走行方向，并可观查白质纤维束的方向，称谓白质束成像(Tractography)。垂直于神经纤维走行方向的弥散难，平行于神经纤维走行方向的弥散易。DTI图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的主导方向，在正常的黑白FA图上，白质是高信号，可以辨认白质束的主要走行，亦可形成二维彩色的FA图，彩色强度代表异向性的程度，颜色代表方向性，红色代表左右走行方向，绿色代表前后走行方向，兰色代表上下走行方向。
      在硬件上有一定要求：需要有螺旋桨扫描技术的MR机，有并行采集技术，有多个方向的敏感梯度，现在最好的已达642个方向。且需要放大梯度线圈等。在软件上须有纤维束跟踪软件。
      在操作上也要注重，应对白质束的解剖有了解，一般在彩色FA图上画出感爱好区（ROI）, 感爱好区的位置很重要，如追踪皮质脊髓束，如下面的ROI放在大脑脚，则很难将几个皮质脊髓束分开，放在桥脑下面较好。脑白质束成像可以在活体无创性显示白质纤维束的走行、病理及与肿瘤、病变等的关系等。
      DTI扫描条件：1.5T,GE Signa Excite HD
头部：EPI  TE minium  TR 10000  128x128  层厚：4mm/0  1 nex B值 1000 25个方向
颈椎：EPI  TE minium   TR 2950  128x128   层厚：3mm/0  6nex  B值500  15个方向

（引自：大连医科大学附属第一医院郎志谨)