弥散张量成像（DTI）基本上是一种基于磁共振成像（MRI）的技术，用于识别 体内 脑白质内脑部微观结构及由神经系统疾病引起的病理过程。基于DTI的分析可用于群体水平以及单个受试者数据的脑部疾病研究。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
弥散张量成像（DTI）技术可提供有关大脑白质（WM）微观结构过程的信息 体内本研究旨在通过使用不同的DTI分析方法，并与匹配的对照组进行比较，探讨不同脑部疾病（尤其是神经退行性疾病）中白质受累模式的差异。
DTI 数据分析以多变量方式进行， 即 基于体素的区域扩散方向性指标（如分数各向异性，FA）的比较，结合纤维追踪（FT）及在群体水平上进行的束状分数各向异性统计（TFAS），旨在识别白质结构中FA的差异，从而定义群体水平上白质改变的区域模式。空间标准化至立体定向标准空间是群体研究的前提，需经过严格的数据处理以保留方向间的相互依赖性。本应用展示了在群体数据分析中进行空间标准化时，优化保留定量与方向信息的技术方法。在此基础上，可将纤维追踪技术应用于群体平均数据，以量化由纤维追踪所定义的指标信息。此外，还可应用DTI方法， 即 在个体受试者基础上进行纵向分析时，经过立体定向配准后的FA图差异可揭示神经系统疾病进展的信息。通过预处理过程中对高噪声水平的梯度方向进行可控消除，可进一步提高基于DTI结果的质量。
总之，通过基于全脑和基于纤维束的弥散张量成像分析相结合，弥散张量成像（DTI）可用于定义不同脑部疾病的特异性白质病理解剖学特征。
引言
人脑中的扩散张量成像
中枢神经系统中的白质（WM）束由密集排列的轴突以及多种类型的神经胶质细胞和其他少量细胞组成。轴突膜以及轴突内排列整齐的蛋白质纤维会限制水分子沿纤维走向垂直方向的扩散，从而导致脑白质中水分子的各向异性扩散1。轴突周围的髓鞘也可能对细胞内和细胞外水分子的各向异性产生影响2。
这种各向异性的定量描述可通过扩散张量成像（DTI）检测。DTI 生成的组织图像，其信号强度受到水分子扩散局部微结构特征的影响。每个位置的图像信号强度会有所衰减，衰减程度取决于所谓的磁扩散梯度强度与方向（以 b 值表示），以及水分子扩散所处的局部微结构3，即扩散系数 D，一个标量值：
然而，在白质（WM）存在各向异性的条件下，扩散过程不能再用单一的标....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
分析方法：预处理与后处理
以下方案的任务是分析白质纤维束内各体素的扩散特性，由于采用体素级检测，这些特性可能是各向同性的或各向异性的，从而导致相应体素的扩散张量呈长椭球形（prolate）或扁椭球形（oblate）。体素张量的参数化可用于计算FA图谱，或用于识别纤维束（图1）。
为了获得如下所示的分析结果，请使用软件包Tensor Imaging and Fiber Tracking（TIFT）17。TIFT 提供了满足以下需求的分析工具：
- 基于DTI指标的分析， 例如 FA-maps,
- 立体定向标准化
- 在FA或其他DTI指标方面的组间比较
- FT 的多种分析方法
- 对群体平均的DTI数据进行FT及相应的统计分析。
这些功能使得在同一个软件环境中进行多种分析成为可能17,29,30,31。TIFT 软件正在持续开发中，以提供更多的 DTI 数据分析选项。
图2 提供了在空间标准化后通过两种互补方法在组水平上分析 DTI 数据的示意图概述， 即
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
1. 针对运动过度障碍患者数据应用中梯度方向损坏的质控与校正
以质量控制（QC）的应用及后续因校正受损的梯度方向（GD）而进行的体积排除对结果的影响为例，图8展示了在29名临床前亨廷顿病患者与30名年龄和性别匹配的健康对照者进行组间比较时，采用与不采用体积排除的全脑空间统计分析结果的差异。扫描方案在一台1.5特斯拉的西门子Symphony磁共振扫描仪（Siemens Medical，德国埃尔朗根）上实施。患者组与对照组均采用相同的弥散张量成像（DTI）扫描方案，共采集72个体积数据（40层，96 × 96像素，层厚2.3 mm，像素尺寸2.3 × 2.3 mm），包括64个弥散梯度方向（b = 1,000 sec/mm2）和8次低弥散加权扫描（b = 100 sec/mm2）。回波时间（TE）和重复时间（TR）分别为90毫秒和8,000毫秒。
2. 着色性干皮病中的DTI
着色性干皮病（XP）是一种罕见的常.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
基于扩散幅度（利用FA信息）和扩散方向（基于FT）可分别实现被试间DTI数据的平均化。FA图谱的平均化使得可通过全脑统计分析（WBSS）和基于纤维束的空间分析（TFAS）对被试组进行统计比较。该方法学框架介绍了具有被试间平均化和组间比较功能的DTI技术。在组水平上对FA图谱进行立体定向标准化及比较，为量化不同被试组之间的差异提供了多种可能性。WBSS和TFAS似乎是用于测量具有群体性相似脑部改变模式的被试组之间组水平差异的有效方法。 例如 神经退行性疾病。对于具有异质性临床表型的疾病，可能不适合采用组水平的分析方法，而更适合采用成对比较的分析方式，如下文所示 例如。 在XP患者的研究中，这种基于DTI的单个病例水平脑图谱分析在另一种临床背景下也具有重要意义， 即 不同无创神经影像学工具的联合应用，以及在注册后将其共同整合至无框架立体定向/神经导航系统，已成为神经外科术前诊断中一项重要且有价值的组成部分。目前临床应用中包含多种技术手段，如功能磁共振成像（fMRI）、弥散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）、正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和脑磁图.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作的部分内容， 即 针对运动过度障碍患者数据中梯度方向的质量控制与校正研究，得到了欧洲亨廷顿病网络（EHDN 项目 070）的支持。本研究中的 MRI 扫描数据采集自伦敦站点的 TRACK-HD 队列。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| MR 扫描仪 | 西门子 1.5 T Magnetom Symphony | ||
| 分析软件 | TIFT - 张量成像与纤维追踪 |
参考文献
- Moseley, M. E., Cohen, Y., et al. Diffusion-weighted MR imaging of anisotropic water diffusion in cat central nervous system. Radiology. 176, 439-445 (1990).
- Mori, S., van Zijl, P. C. M. Fiber tracking: principles and strategies - a technical review. ....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
