磁共振弥散张量成像技术的初步应用

磁共振弥散张量成像技术的初步应用

1材料和方法1.1手术前检查共有6名志愿受试者，其中4名男性和2名女性，年龄范围为21.62岁。4例为脑肿瘤患者术前检查,其中2例有头痛症状,1例有头痛伴意识模糊,1例在20d内癫痫发作3次。2例无任何神经系统症状和体征。给6例志愿者行常规MR检查和扩散张量成像。1.2共振扫描机系统扫描设备为GE1.5TSignCV/I型磁共振扫描机,8通道相控鸟笼状头部线圈。梯度场为40mT/m。扫描方法包括常规平扫、增强扫描及DTI扫描,常规扫描采用常规自旋回波序列行T1.3dti数据的后处理将采集到的扩散张量成像数据传输至工作站,GE公司HPX4000,AdvancedWorkstation中的Functool2.0版软件进行DTI数据的后处理。于相应层面分别得到感兴趣区域(ROI)常规T1.4神经探测弹子产生及终止条件本工作站采用流线型算法,在彩色编码张量图上根据各种纤维束的解剖位置通过手工定义一个感兴趣区(ROI),以ROI中的任一点作为种子点开始,自动产生一个神经探测弹子(tracttrajectory),在最大本征向量方向上,即白质纤维束长轴方向上向前、向后方向各自延伸一个步长然后计算出新位置的最大本征向量,在此,神经探弹子再沿新的最大本征向量前进一个步长。多次重复该步骤,直到符合该探测弹子的终止条件。上述多个步长的连续轨迹即为所得的神经纤维束。本研究所采用的最大步长为0.16mm,符合神经探测弹子停止前进的条件为FA值<0.18或相邻两个步长之间的夹角<45度。2脑结构的主要纤维传统解剖学将大脑半球的髓质分为联络系、投射系和连合系3类。联络系是连接本侧半球内部脑回和脑叶之间的纤维,典型纤维包括扣带、上下纵束、钩束、上下额枕束。投射系是连接大脑皮质和脑深部核团与脑干、小脑和脊髓的纤维,包括传入和传出纤维。典型代表有皮质脊髓束、皮质脑桥束、皮质延髓束、膝距束(视放射)。连合系是连接左右两侧半球皮质的纤维,典型代表有胼胝体、前联合、穹隆联合。2.1前后行驶白质层结构钩束和上纵束(图1):钩束起自额叶眶回和额下回皮质,向后走行一段距离后急转向前下,止于颞极附近皮质,呈钩状绕过外侧裂池连接额叶下部和颞叶前部皮质。上纵束为最大的联络纤维,起自额叶前部,在豆状核与脑岛叶的上方,连接额、顶、枕、颞叶。下纵束(图2):下纵束横穿颞叶长轴,沿侧脑室后角和下角之外侧壁行走,连接颞叶与枕叶皮质,亦称枕颞束。其与下额枕束之间相互联络。下额枕束(图3):在脑中段水平连接额叶和枕叶。其在脑岛的下方,伸展于屏状核的下缘,其后部与下纵束、上纵束的升部以及部分膝距束和其他一些纤维相混合,共同构成巨大的前后行走的白质层。这组巨大而复杂的纤维束将枕叶与脑的其他部分相互联络。2.2必须是正未开脑前充胼胝体(图4):作为脑内最大的脑白质纤维束,胼胝体由连接两侧半球新皮质的广泛区域的巨大纤维聚集而成,广泛联系额、顶、枕叶。在正中矢状位上呈弓形,其嘴部和压部分别达到半球的前极和后极。其纤维在近脑中线部位为左右走行。由于其外侧向脑皮质辐射,故其与联络纤维和投射纤维呈指状犬牙交错。前联合(图5):是在终板上方横过中线的一束连合纤维,其前部纤维连接两侧嗅球,其后部纤维连接颞中回和颞下回。2.3前脚及后脚组成内囊和辐射冠(图6):内囊是一个容纳传入和传出纤维的巨大而密集的纤维束组成的白质管道系统。分为前脚、膝部和后脚三部分。其前脚位于尾状核头部与豆状核嘴部之间,后脚位于背侧丘脑与豆状核之间。经前脚投射纤维有额桥束和丘脑前辐射,经后脚的投射纤维有皮质脊髓束、皮质核束、顶桥束和丘脑中央辐射。3dti基本原理Stejskal与Tanner在1965年最早描述了扩散加权成像序列(DWI)大脑白质区的水分子的扩散表现出显著的各向异性,该区主要由神经纤维构成,包绕神经元轴突的髓鞘和轴突内的细胞结构成为影响水分子弥散的主要因素,垂直于神经纤维长轴走行方向的弥散因受到含高浓度类脂的神经髓鞘和神经束膜等的限制而较困难;而平行于神经纤维长轴方向的弥散仅受到轴突内结构,如线粒体、内质网和神经丝等亚细胞结构的影响,因此,平行于神经纤维长轴方向的弥散较垂直于该方向的弥散要大得多。所以,我们可以利用扩散张量场中的各向异性扩散的方向信息来追寻或跟踪神经通路的走行,从而得到脑白质中神经纤维和功能束的走行方向和立体形态。由于DTI所要处理的数据量非常大,而且涉及到大量的三维目标的跟踪和显示,因此,对机器的硬件设备和软件设备均有很高的要求。目前,各大MR产商的硬件设备均已达到相当的水准,在档次上相互之间也相差无几。但在数据获取、图像处理及纤维跟踪等方面的软件系统各有千秋,其中纤维跟踪方法是需要解决的最后难题。该方法涉及两个问题,一是特征向量的算法,二是纤维跟踪的起始和终止。前者的好坏反映所得纤维束与真实解剖学描述的一致性,即结果的真实性。后者的优劣直接影响到示踪目标纤维的敏感性,即可视性。另外,数据采集的准确性和扫描时间的长短也是DTI所面临的两大挑战。早期的MR仪因图像信噪比较差和扫描时间过长而限制了DTI的临床应用。近年来有较多关于脑白质DTI的研究报道Mamata等DT