磁共振彌散張量成像技術的初步應用

磁共振彌散張量成像技術的初步應用

1材料和方法1.1手術前檢查共有6名志愿受試者，其中4名男性和2名女性，年齡范圍為21.62歲。4例為腦腫瘤患者術前檢查,其中2例有頭痛癥狀,1例有頭痛伴意識模糊,1例在20d內癲癇發(fā)作3次。2例無任何神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和體征。給6例志愿者行常規(guī)MR檢查和擴散張量成像。1.2共振掃描機系統(tǒng)掃描設備為GE1.5TSignCV/I型磁共振掃描機,8通道相控鳥籠狀頭部線圈。梯度場為40mT/m。掃描方法包括常規(guī)平掃、增強掃描及DTI掃描,常規(guī)掃描采用常規(guī)自旋回波序列行T1.3dti數(shù)據(jù)的后處理將采集到的擴散張量成像數(shù)據(jù)傳輸至工作站,GE公司HPX4000,AdvancedWorkstation中的Functool2.0版軟件進行DTI數(shù)據(jù)的后處理。于相應層面分別得到感興趣區(qū)域(ROI)常規(guī)T1.4神經(jīng)探測彈子產(chǎn)生及終止條件本工作站采用流線型算法,在彩色編碼張量圖上根據(jù)各種纖維束的解剖位置通過手工定義一個感興趣區(qū)(ROI),以ROI中的任一點作為種子點開始,自動產(chǎn)生一個神經(jīng)探測彈子(tracttrajectory),在最大本征向量方向上,即白質纖維束長軸方向上向前、向后方向各自延伸一個步長然后計算出新位置的最大本征向量,在此,神經(jīng)探彈子再沿新的最大本征向量前進一個步長。多次重復該步驟,直到符合該探測彈子的終止條件。上述多個步長的連續(xù)軌跡即為所得的神經(jīng)纖維束。本研究所采用的最大步長為0.16mm,符合神經(jīng)探測彈子停止前進的條件為FA值<0.18或相鄰兩個步長之間的夾角<45度。2腦結構的主要纖維傳統(tǒng)解剖學將大腦半球的髓質分為聯(lián)絡系、投射系和連合系3類。聯(lián)絡系是連接本側半球內部腦回和腦葉之間的纖維,典型纖維包括扣帶、上下縱束、鉤束、上下額枕束。投射系是連接大腦皮質和腦深部核團與腦干、小腦和脊髓的纖維,包括傳入和傳出纖維。典型代表有皮質脊髓束、皮質腦橋束、皮質延髓束、膝距束(視放射)。連合系是連接左右兩側半球皮質的纖維,典型代表有胼胝體、前聯(lián)合、穹隆聯(lián)合。2.1前后行駛白質層結構鉤束和上縱束(圖1):鉤束起自額葉眶回和額下回皮質,向后走行一段距離后急轉向前下,止于顳極附近皮質,呈鉤狀繞過外側裂池連接額葉下部和顳葉前部皮質。上縱束為最大的聯(lián)絡纖維,起自額葉前部,在豆狀核與腦島葉的上方,連接額、頂、枕、顳葉。下縱束(圖2):下縱束橫穿顳葉長軸,沿側腦室后角和下角之外側壁行走,連接顳葉與枕葉皮質,亦稱枕顳束。其與下額枕束之間相互聯(lián)絡。下額枕束(圖3):在腦中段水平連接額葉和枕葉。其在腦島的下方,伸展于屏狀核的下緣,其后部與下縱束、上縱束的升部以及部分膝距束和其他一些纖維相混合,共同構成巨大的前后行走的白質層。這組巨大而復雜的纖維束將枕葉與腦的其他部分相互聯(lián)絡。2.2必須是正未開腦前充胼胝體(圖4):作為腦內最大的腦白質纖維束,胼胝體由連接兩側半球新皮質的廣泛區(qū)域的巨大纖維聚集而成,廣泛聯(lián)系額、頂、枕葉。在正中矢狀位上呈弓形,其嘴部和壓部分別達到半球的前極和后極。其纖維在近腦中線部位為左右走行。由于其外側向腦皮質輻射,故其與聯(lián)絡纖維和投射纖維呈指狀犬牙交錯。前聯(lián)合(圖5):是在終板上方橫過中線的一束連合纖維,其前部纖維連接兩側嗅球,其后部纖維連接顳中回和顳下回。2.3前腳及后腳組成內囊和輻射冠(圖6):內囊是一個容納傳入和傳出纖維的巨大而密集的纖維束組成的白質管道系統(tǒng)。分為前腳、膝部和后腳三部分。其前腳位于尾狀核頭部與豆狀核嘴部之間,后腳位于背側丘腦與豆狀核之間。經(jīng)前腳投射纖維有額橋束和丘腦前輻射,經(jīng)后腳的投射纖維有皮質脊髓束、皮質核束、頂橋束和丘腦中央輻射。3dti基本原理Stejskal與Tanner在1965年最早描述了擴散加權成像序列(DWI)大腦白質區(qū)的水分子的擴散表現(xiàn)出顯著的各向異性,該區(qū)主要由神經(jīng)纖維構成,包繞神經(jīng)元軸突的髓鞘和軸突內的細胞結構成為影響水分子彌散的主要因素,垂直于神經(jīng)纖維長軸走行方向的彌散因受到含高濃度類脂的神經(jīng)髓鞘和神經(jīng)束膜等的限制而較困難;而平行于神經(jīng)纖維長軸方向的彌散僅受到軸突內結構,如線粒體、內質網(wǎng)和神經(jīng)絲等亞細胞結構的影響,因此,平行于神經(jīng)纖維長軸方向的彌散較垂直于該方向的彌散要大得多。所以,我們可以利用擴散張量場中的各向異性擴散的方向信息來追尋或跟蹤神經(jīng)通路的走行,從而得到腦白質中神經(jīng)纖維和功能束的走行方向和立體形態(tài)。由于DTI所要處理的數(shù)據(jù)量非常大,而且涉及到大量的三維目標的跟蹤和顯示,因此,對機器的硬件設備和軟件設備均有很高的要求。目前,各大MR產(chǎn)商的硬件設備均已達到相當?shù)乃疁?在檔次上相互之間也相差無幾。但在數(shù)據(jù)獲取、圖像處理及纖維跟蹤等方面的軟件系統(tǒng)各有千秋,其中纖維跟蹤方法是需要解決的最后難題。該方法涉及兩個問題,一是特征向量的算法,二是纖維跟蹤的起始和終止。前者的好壞反映所得纖維束與真實解剖學描述的一致性,即結果的真實性。后者的優(yōu)劣直接影響到示蹤目標纖維的敏感性,即可視性。另外,數(shù)據(jù)采集的準確性和掃描時間的長短也是DTI所面臨的兩大挑戰(zhàn)。早期的MR儀因圖像信噪比較差和掃描時間過長而限制了DTI的臨床應用。近年來有較多關于腦白質DTI的研究報道Mamata等DT