作者/王鸿、药蕾、Yan
我们认为生物体内水分子的弥散运动可以分为两种数学模型，一种是高斯分布，也即正态分布：例如DWI、DTI；另一种则是以IVIM、DKI为代表的非高斯分布弥散。
DWI和DTI都是用来反映生物体内水分子弥散运动的特征，DTI是在DWI基础上发展出来的一个更为高级的模型。在DWI中我们只考虑了弥散的各向同性，而在生物体组织中弥散是呈各向异性的，有些方向的水分子弥散得快，有些方向弥散得慢。最典型的结构就是神经纤维，沿着神经走行方向弥散得快，而垂直于髓鞘方向由于有髓鞘的包裹，弥散得慢。
在3D上我们可以用一个椭球体来表示生物体内弥散的各向异性（如图1）。
脑白质中每一个体素的各向异性扩散过程用张量D表示，呈一个三维空间，在数学上我们用一个3×3对称的矩阵来表示。
图2.各向异性公式
其中每一个张量值为1个分量，这9个分量中有3个分量具有对称性，即Dxy= Dyx，Dxz= Dzx，Dyz= Dzy，因此只有6个变量，求解6个未知数必须得有6个方程，所以我们在做DTI时，至少扫描6个方向，即扫描完b=0的图后，沿着6个不同的方向进行DWI的扫描，通过得到的数据计算出弥散张量D，再由D计算出各向异性分数FA和平均弥散系数MD。当FA=0时，表示完全各向同性，表现在图像上就是黑色的；当FA＞0时，表示各向异性，表现在图像上就是高信号的，FA值越高，信号越高。
图3.DTI
DTI在颅脑神经系统中应用广泛，主要包括：
图4.鞍区占位DTI
考虑到信噪比，TR设置在3000ms以上，如果在3.0T用了MB SENSE，那么TR不能低于2300ms；TE设置在80ms或以下，在兼顾信噪比的同时还可以减少T2透过效应。同时可以使用half scan来降低TE时间，增加图像信噪比。启用SENSE降低EPI factor，进而减少图像的变形和模糊，但在使用的同时要保证图像的信噪比。B值越高，信噪比越低，但弥散敏感度越高，显示的神经纤维越精准。通常在常规临床应用中头颅的b值在800~1000之间；分辨率越高，显示的神经纤维束越精确，但会导致信噪比降低，扫描时间延长；方向数越多，显示的神经纤维束越精细，同样也会导致扫描时间延长。脂肪抑制可以减少脂肪相关的伪影，用SPIR速度快，用SPAIR时间稍长，但压脂效果较SPIR好，同时在3T上可以打开参数Grad rev fat supp可以使脂肪抑制得到改善。因为运动对DTI结果的准确度影响很大，因此在扫描前一定告知患者注意事项，在扫描过程中头部不要进行任何移动且尽量避免吞咽。为了最大化梯度效率，摆位时嘱咐病人微收下颌，尽量在定位时不用打角度。规范摆位后先扫描一个定位相，然后扫描一个3D等体素的任意权重序列作为DTI底图，最后根据需求选择一个合适的方向数DTI序列进行扫描。飞利浦MR常规提供了三个方向数（图5），可根据临床需要及科研需求合理选择方向数，分别是Low(6个方向)、Medium(15个方向)和High(32个方向)。
图5.DTI方向数，参数在contrast栏——Diffusion mode中
由于扫描时间长，Diffusion Registration可以纠正扫描过程中病人的运动和涡流对图像的影响。选择原始图像，右键（如图6）——选择Diffusion Registration。机器会自动进行校正工作并自动生成校正后的新序列。选择新序列，右键（如图6）——选择Diffusion，进入Diffusion后处理界面。
进入Diffusion后处理界面，选择generate series（如图7箭头所示），勾选FA（图8）即可生成FA图。
图7.Diffusion后处理界面
图8.Diffusion后处理界面——FA
在FA图像上勾画ROI（图9），可以得到FA值，各向同性时，FA=0，各向异性时，FA＞0-1。可以在FA 图上加伪彩，为纤维束提供方向，红色为左右方向，蓝色为上下方向，绿色为前后方向。
图9.FA 图
图10.伪彩FA图
纤维束追踪
在Reg-DTI序列右键FiberTrak（图6），进入FiberTrak界面后，将3D等体素序列拖进去，作为DTI的底图。
图11.FiberTrak界面工具栏介绍
单个ROI追踪
右键选择Track Single ROI Fibers画感兴趣区或工具栏中选择追踪单个 ROI的神经纤维束（图12）
图12.DTI ——Track Single ROI Fibers
图13.勾画完成后自动生成通过该ROI的神经纤维束图
工具栏中选择定义多个 ROI，勾画至少2个ROI
需要注意的是在画一个层面ROI时它会显示在所有层面，我们画完一个ROI时可以先在左下角的ROI区域右键选择Hide将其隐藏，再画下一个ROI。等到所有的ROI画完之后我们再在左下角的ROI区域右键选择Show将其显示，最后工具栏选择进行纤维束追踪，得到通过这几个ROI的纤维束。
图14.多个ROI追踪
在得到的纤维束上右键选择Change Color可改变纤维束颜色，Fixed是固定某种颜色，Directional是带有纤维束走行方向信息，红色为左右方向，蓝色为上下方向，绿色为前后方向。
图15.change color
右键纤维束选择Algorithm可以对纤维束的最小FA、最大改变角度、最小纤维束长度进行设置。Minimum FA值越小，显示的纤维束越多；Maximum Angle Change值越大，显示的纤维束越多；Minimum Fiber Length值越小，显示的纤维束越多。需要注意的是Minimum Fiber Length值不能过小，过小系统会将一些伪影误判为纤维束而显示出来，建议值是20。
图16.Algorithm
更多关于DTI主机后处理，可以参阅《飞利浦MR后处理（二）》
飞利浦MR后处理（二）（点击链接跳转前文）
本期分享了DTI 原理、临床应用、扫描相关参数、扫描注意事项及主机后处理。DTI相关内容比较复杂，步骤较多，希望通过本期分享，能帮助大家更好的使用DTI。
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