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Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging (DTI): Basics and Applications<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
陶 华 综述
金征宇 审校
中国医学科学院 中国协和医科大学
北京协和医院放射科，北京 100730
Hua Tao，Zhengyu Jin
Department of Radiology, Peking Union Medical College Hospital, CAMS and PUMC, Beijing 100730,China
ABSTRACT
Diffusion tensor magnetic resonance imaging (DTI) is a truly quantitative method which gives direct insight into microscopic physical properties and pathophysiologic changes of the tissue through the observation of random translational movement of the water molecular. This review provides readers with a brief introduction to the physical and histological basics of DTI and an overview of its applications in research and clinical settings as well.
一. 背 景
核磁共振弥散成像(diffusion MRI)的概念提出于80年代中期，其基本原理是利用常规序列中加入的两个巨大对称的梯度脉冲(弥散梯度)来使作无规则布朗运动的水分子中的质子自旋失相位，从而使图像增加了反映弥散程度的信号对比，进而可以对影响水分子弥散运动的各种显微组织结构进行探测。核磁共振弥散成像90年代初在急性脑缺血的早期诊断方面获得了成功。急性脑梗塞发病2小时即可在弥散加权像上发现直径4mm的腔隙性病变，比传统MR成像要早的多。80年代末，在脊髓和脑白质的弥散成像中发现了组织弥散的各向异(anisotropy)既一些组织中水分子的弥散运动在各个方向的速度不同。在脑白质中，平行于神经纤维的弥散程度要高于垂直方向的弥散程度，这可能是由于有髓神经纤维密集的同向排列结构阻碍了水分子垂直方向的自由平动。很快，一种新的成像方法——弥散张量成像(DTI)应运而生。弥散张量成像通过改变弥散梯度的方向，来测量体素内水分子在各个方向的表面弥散系数(ADC)，确定弥散程度最大的方向及各向异性的大小。将各个体素内弥散最大的方向设定为神经纤维走行的大致方向便可以初步勾勒出脑白质神经纤维束的空间构象。同时，通过比较疾病状态和生理状态脑白质相应部位各向异性的差别，可以发现普通T2成像上探测不到的神经退行性病变，并能连续动态跟踪观察以确定治疗效果及指导预后。
二、弥散张量成像的物理学及组织学基础
1.水分子的弥散运动及组织弥散的各向异性
弥散(diffusion)是指分子的无规则布朗运动，MR弥散成像测量的是分子水平的质子运动。分子布朗运动的方向是随机的，其在一定方向上的弥散距离与相应弥散时间的平方根之比为一常数，称为弥散系数，用D来表示。某方向的位移均方根RMS＝(2×弥散系数D×弥散时间t)1/2。在溶液中，水分子的弥散运动受溶质分子量、粘度和温度的影响。而在组织内，由于各种分隔区室(细胞内、细胞外、轴突、胶质细胞、髓鞘等)及各种障碍物的存在，水分子的自由平动受到限制，弥散系数也随之降低。我们把这种受到组织环境限制的弥散运动称为“受阻弥散”(hindered diffusion)，其弥散系数称为“表面弥散系数”(ADC)。 | 
