2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、磁共振彌散張量成像的基本原理及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,,,前言,實(shí)現(xiàn)活體觀察組織結(jié)構(gòu)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??捎糜陲@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。,磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI),DTI成像的基本原理,DWI的原理,組織T1、T2馳豫時(shí)間、H1的密度、分子彌散運(yùn)動(dòng)

2、 利用擴(kuò)散敏感梯度脈沖將水分子彌散效應(yīng)擴(kuò)大,來研究不同組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的差異,,,MR圖像的信號(hào),DWI圖像,其方法就是在常規(guī)的MRI序列上施加對(duì)彌散敏感的梯度脈沖來獲得,通過兩個(gè)以上不同彌散敏感梯度值( b值)的彌散加權(quán)象,可計(jì)算出彌散敏感梯度方向上水分子的表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient ADC) ADC=In(S低/S高)/(b高-b低),DWI評(píng)估彌

3、散的參數(shù),ADC反映了水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的能力,指水分子單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的范圍,越高代表水分子擴(kuò)散能力越強(qiáng)。,組織內(nèi)影響水分子彌散的因素 細(xì)胞內(nèi)外的體積變化水分子通過細(xì)胞膜的滲透作用細(xì)胞外間隙形態(tài)的改變,然而DWI成像只在X、Y、Z軸三個(gè)方向上施加敏感梯度 ,不能完全、正確地評(píng)價(jià)不同組織在三維空間內(nèi)的彌散情況,組織各向異性程度往往被低估 。,DTI則可以在三維空間內(nèi)定量分析組織內(nèi)水分子的彌散的特性。,均質(zhì)介質(zhì)中水分子的運(yùn)動(dòng)是

4、無序隨機(jī)運(yùn)動(dòng),即向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率是相同,即具有各向同性(isotropy),DTI的基本原理,在人體組織中,水分子的運(yùn)動(dòng)由于受到組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響,在各個(gè)方向彌散程度是不同的,具有方向依賴性,即具有各向異性(anisotropy),兩個(gè)概念,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)散過程就可以用張量D表示 。需要用一個(gè)二維矩陣表示 :,,均質(zhì)介質(zhì)中可以水分子的自由運(yùn)動(dòng)為各向同性,即在各個(gè)方向上的

5、彌散強(qiáng)度大小一致,彌散張量D描述為球形,沿磁共振的三個(gè)主坐標(biāo)的特征值為 λ1=λ2=λ3,在腦白質(zhì)中由于髓鞘的阻擋,水分子的彌散被限制在與纖維走行一致的方向上,具有較高的各向異性,此時(shí)彌散張量可表示為橢球形,其特征值λ1>λ2>λ3,最大特征值對(duì)應(yīng)的方向與經(jīng)過該體素的纖維束走行平行,二階張量具有對(duì)稱性, Dxy=Dyx Dxz=Dzx Dyz=Dzy 因此只要計(jì)算6個(gè)變量 方法:至少在6個(gè)不同

6、非共線方向上施加敏感梯度,另外再采集一幅具有同樣參數(shù)而未施加敏感梯度的圖像。從彌散加權(quán)像和非彌散加權(quán)像的信號(hào)強(qiáng)度衰減差異中可以得到6幅表觀彌散系數(shù)圖(ADC),得到一個(gè)六元一次方程組,最后利用這些圖可以求得每個(gè)體素的有效彌散張量D,理論上6次就可以,但是由于噪聲的存在,方向越多,三維空間分布越均勻則數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確,目前最多可以在128個(gè)不同方向進(jìn)行成像,12個(gè)方向,42個(gè)方向,162個(gè)方向,642個(gè)方向,DTI的量化參數(shù),第一類是平均擴(kuò)散率

7、 指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)(average diffusion coefficient,ADC),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,說明水分子擴(kuò)散能力越強(qiáng),正常的ADC圖,第二類是反映各向異性的參數(shù) 部分各向異性指數(shù)(fractional anisotropy, FA ) 分析各

8、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,比如在完全均質(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 腦白質(zhì)中FA值與髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性呈正相關(guān),,,-水分子垂直于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動(dòng)困難-水分子平行于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動(dòng)容易,,在FA圖上,腦白質(zhì)為高信號(hào),表現(xiàn)出比較高的各向異性,纖維排

9、列最大程度趨于一致時(shí),FA值也就越接近1,例如胼胝體,而腦灰質(zhì)與腦脊液因趨向各向同性表現(xiàn)為低信號(hào),胼胝體>內(nèi)囊后肢>內(nèi)囊前肢>外囊>半卵園中心,2、相對(duì)各向異性(relative anisotropy,RA)和容積比(volume ratio,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

10、,越接近1說明水分子的各向異性程度越高。而VR越接近1說明水分子的彌散越趨于各向同性 。,VR圖,DTI的彩色彌散張量圖,根據(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,白質(zhì)纖維束示蹤成像(fiber tractography),就是利用最大本征向量λ1對(duì)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(shí)現(xiàn)活體查看和研究中樞以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)通路的連接和連續(xù)性

11、。 其方法:從一個(gè)設(shè)置的種子位置開始追蹤,直至遇到體素的FA值小于0.2,胼胝體,扣帶回,內(nèi)囊,冠輻射,皮質(zhì)脊髓束,DTI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床應(yīng)用,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,從中央到周圍的規(guī)律進(jìn)行髓鞘化膽固醇逐漸降低,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)育過程,在

12、新生兒和嬰幼兒的大腦白質(zhì)ADC值比成人大而空間各向異性比成人小,隨著大腦發(fā)育成熟,由于整體水份的減少和髓鞘化的進(jìn)程,許多區(qū)域的ADC值降低、而FA值增加 并且一些區(qū)域的改變要明顯早于傳統(tǒng)MRI的T1WI和T2WI的信號(hào)改變,被認(rèn)為是前髓鞘化的表現(xiàn),Schneider等學(xué)者對(duì)52名兒童(年齡段從1天-16歲)行DTI檢查,測(cè)量各個(gè)區(qū)域腦白質(zhì)的平均彌散率及FA值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)平均彌散率隨年齡增長(zhǎng)而下降,F(xiàn)A值則表現(xiàn)為增加,另外一些研究指出白質(zhì)

13、通路微結(jié)構(gòu)的完整性與人的認(rèn)知功能有關(guān),F(xiàn)ilippi等對(duì)20名發(fā)育遲緩的兒童行DTI檢查,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,DTI在腦腫瘤中的應(yīng)用,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,但目前這些研究的結(jié)果尚沒有取得完全一致,3、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

14、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圖和彩色張量圖將腫瘤和白質(zhì)纖維的關(guān)系分為4種模式,模式I:患側(cè)纖維的FA值相對(duì)于對(duì)側(cè)正?;蜉p微降低(降低<25%)同時(shí)纖維的位置或/和方向發(fā)生改變。,模式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。,模式1為

15、腫瘤擠壓周圍纖維移位,提示腫瘤為良性或侵襲性不強(qiáng)的惡性腫瘤。模式2提示瘤周發(fā)生水腫,但不排除有腫瘤侵入。模式3提示瘤周纖維被腫瘤侵入。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。,模式I和 模式IV,腫瘤全切,模式I,功能改善模式IV 功能障礙不加重,生存期延長(zhǎng),,,,模式II和模式III,部分切除,加強(qiáng)輔助治療,提高生存質(zhì)量,,,這樣的分類對(duì)于臨床術(shù)前決定手術(shù)方案是十分有價(jià)值的。使臨床外科醫(yī)生可

16、以在術(shù)前、術(shù)中更清楚掌握腫瘤和白質(zhì)纖維的情況,使手術(shù)方案更加可靠安全目前已有學(xué)者報(bào)道了DTI在神經(jīng)外科腫瘤切除術(shù)中的有效性,認(rèn)為利用DTI指導(dǎo)手術(shù)可以提高手術(shù)全切率,降低術(shù)后的功能障礙,北京天壇醫(yī)院的戴建平等利用DTI技術(shù)對(duì)涉及錐體束的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)可以優(yōu)化手術(shù)方案,保護(hù)皮質(zhì)下重要功能的白質(zhì)纖維,并可預(yù)測(cè)患者臨床功能預(yù)后。,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

17、級(jí),KSP評(píng)分90,術(shù)后肌力 仍為V級(jí),KPS評(píng)分提高到100,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(jí),KPS評(píng)分60,術(shù)后肌力V級(jí),KSP提高為100,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(jí),KPS評(píng)分60,術(shù)后肌力仍為III級(jí),KSP評(píng)分60,左側(cè)顳部腦膜瘤,57Y,M,考慮左頂葉膠質(zhì)瘤,53Y,F,膠質(zhì)瘤,F,28Y,考慮右側(cè)額顳葉膠質(zhì)瘤,DTI在腦梗塞中的運(yùn)

18、用,DWI有助于臨床診斷早期、超早期腦梗死的及時(shí)診斷,而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Wallerian變性DTI在通過對(duì)梗死遠(yuǎn)端皮質(zhì)脊髓束FA計(jì)算判斷其變性程度,并預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)歸,46Y,F(xiàn),突發(fā)右側(cè)無力十天,左側(cè)內(nèi)囊后肢梗塞,DTI不

19、僅可用于腦梗死后白質(zhì)纖維束,例如白質(zhì)纖維束變性的研究,還能用于顱內(nèi)灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變的研究。長(zhǎng)期DTI隨訪觀察有助于加深人們對(duì)卒中后臨床病理學(xué)演變過程的認(rèn)識(shí),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,F(xiàn)A值雖下降但比急性期高T2WI顯示正常的區(qū)域白質(zhì)也有改變,提示這是一種彌漫性的多發(fā)病變,45y,F(xiàn),MS患者,T2,ADC,FA,缺血性白質(zhì)疏松(LA)主要表現(xiàn)為ADC升高和FA降低,與病理提

20、示的軸突減少和膠質(zhì)增生相符合FA值的減低程度及范圍與臨床認(rèn)知功能改變明顯相關(guān),對(duì)于監(jiān)測(cè)LA的進(jìn)展演變有更大優(yōu)勢(shì),腦白質(zhì)變性疾病,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值明顯升高而FA值明顯減少,表明DTI可發(fā)現(xiàn)ALS皮質(zhì)脊髓束的病理改變 阿爾茨海默氏病(AD) 利用DTI研究發(fā)現(xiàn)該癥患者的白質(zhì)聯(lián)合纖維傳導(dǎo)束的完整性明顯受損,輕度或早期的AD,顳葉白質(zhì)FA值降低,并且和臨床嚴(yán)重程度密切相關(guān),而錐體束的完整性

21、無明顯受損,這一發(fā)現(xiàn)與該癥的臨床表現(xiàn)一致,突出癥狀是認(rèn)知功能下降而不是運(yùn)動(dòng)功能障礙,腦白質(zhì)變性疾病,F,47y,進(jìn)行性神志模糊二十天,意識(shí)障礙十五天,考慮脫髓鞘疾病,藥物性腦炎可能,其他,精神分裂癥,DTI可以顯示白質(zhì)纖維束通路上連通的異常,表現(xiàn)為病變部位的FA值的降低 慢性酒精中毒,在胼胝體膝部、壓部及半卵園中心FA值均有降低,且FA值與使用酒精的時(shí)間長(zhǎng)短有一定的相關(guān)性 彌漫性軸索損失,DTI可以顯示常規(guī)MRI不能顯示的剪切傷,一

22、些研究表明,彌散性軸索損傷后白質(zhì)的FA值顯著降低,而這些白質(zhì)在常規(guī)MRI24小時(shí)內(nèi)可顯示為正常,脊髓 由于脊髓體積小,周圍的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)形成磁化率偽影,呼吸運(yùn)動(dòng)和腦脊液波動(dòng)偽影等因素為DTI在脊髓中的應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。但隨著技術(shù)的改進(jìn),許多新序列和掃描方式使用使DTI得以應(yīng)用于脊髓,DTI的局限性及前景展望,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最有前景的研究領(lǐng)域還在于將DT

23、I技術(shù)和血氧水平依賴功能fMRI的聯(lián)合應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)的研究方面,為神經(jīng)科學(xué)的研究開辟了更廣闊的前景。,局限性,“證實(shí)”問題 ,即如何在活體證實(shí)DTI所追蹤的白質(zhì)纖維走行的精確度與人體是否符合就是當(dāng)前研究的一個(gè)關(guān)鍵 DTI結(jié)果具有操作者因素,例如興趣區(qū)的大小、位置、FA閾值、采用的算法以及對(duì)神經(jīng)解剖學(xué)知識(shí)的熟悉程度均影響示蹤成像結(jié)果的準(zhǔn)確性,硬件設(shè)施提高 3.0T

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