Basic concepts of MR imaging, diffusion MR imaging, and diffusion tensor imaging

MR image contrast is based on intrinsic tissue properties and specific pulse sequences and parameter adjustments. A growing number of MRI imaging applications are based on diffusion properties of water. To better understand MRI diffusion-weighted imaging, a brief overview of MR physics is presented in this article followed by physics of the evolving techniques of diffusion MR imaging and diffusion tensor imaging.     

MR扩散张量成像在脑囊性坏死性肿瘤与脓肿鉴别诊断中的价值

目的:评价MR扩散张量成像在脑囊性坏死性肿瘤与脓肿中的鉴别诊断价值。方法:经病理或临床复查证实的胶质母细胞瘤12例、单发转移瘤10例、脑脓肿9例。行常规MR平扫和增强、扩散张量成像(DTI)检查。构建平均扩散系数(ADC)图和各向异性分数(FA)图,并测量病灶中心坏死区的ADC、FA值。结果:脓肿腔DTI表现为高信号;胶质母细胞瘤和转移瘤中心坏死区呈低信号。在ADC图上,脓肿呈低信号,平均ADC值为(0.66±0.07)×10-3mm2/s;胶质母细胞瘤和转移瘤均呈高信号,脓肿与胶质母细胞瘤、转移瘤ADC值具有显著性差异(P=0.000<0.05)。在FA图上,病灶中心均表现为低信号。结论:在DTI扩散张量加权像上,脓肿表现为较特异的高信号,ADC值较低,有助于和囊变、坏死性肿瘤鉴别。     

磁共振弥散张量成像在脑膜瘤诊断中的应用价值

目的运用磁共振弥散张量成像技术探讨ADC值、FA值与脑膜瘤病理分级的关系.方法27例术前行MR平扫、弥散张量成像及增强扫描并经手术病理证实的脑膜瘤患者.分别测量肿瘤实质区、瘤周水肿区、瘤周白质区和健侧对应部位的ADC值和FA值,并与病理结果进行对照研究.结果瘤周水肿区、肿瘤实质区、瘤周白质区三者之间ADC值存在显著差异(P＜0.05),以瘤周水肿区为最高.瘤周白质FA值高于肿瘤实质区和瘤周水肿区,差别具有显著性意义,但后两者之间FA值无显著性差异.良、恶性脑膜瘤肿瘤实质区ADC值之间具有显著性差异;良、恶性脑膜瘤瘤周白质之间FA值有显著性差异.结论结合常规MR图像、ADC值、FA值有助于术前对脑膜瘤良、恶性进行鉴别.ADC值有助于区别脑膜瘤实质、瘤周水肿及瘤周白质区.     

健康成人肾脏磁共振体素内不相干运动及扩散张量成像的参数分析

目的分析磁共振体素内不相干运动成像(IVIM-DWI)及扩散张量成像(DTI)中成人正常双肾的各参数指标的特点,并评估各参数的可靠性。方法选择35位健康成人志愿者行肾脏IVIM-DWI及DTI扫描并将图像进行后处理,由2名影像科医师测量双肾上、下极及中部的皮、髓质IVIM-DWI参数D、D*、f值及DTI参数FA值,比较双侧肾脏,同侧肾不同部位及同部位的皮髓质之间各参数平均值的差异。结果 IVIM-DWI及DTI各参数在双侧肾脏间无统计学差异(P0.05);同侧肾脏在不同部位各参数测量值间亦无统计学差异(P0.05)。同部位肾脏D值在皮质高于髓质(t=3.215,P0.05),FA值在髓质高于皮质(t=-6.088,P0.05)而皮髓质的D*、f值差异无统计学意义(P0.05)。两次所测得的FA及D值组内相关系数分(ICC)具有较高可信度,D*及D值可信度一般。结论 FA及D值在肾皮、髓质中具有显著差异,且具有较高的可重复性,可作为反映肾功能的稳定指标;而D*及f值可重复性一般,尚需扩大样本进一步研究期应用价值。     

磁共振弥散张量成像图像后处理

目的 探讨医学图像处理方法在磁共振弥散张量成像后处理中的应用。方法 通过医学图像处理的方法,对弥散张量成像主要进行了图像变形纠正、标量图计算、体绘制生成、纤维束追踪的后处理。结果 实验证明弥散张量成像图像后处理方法有效、可靠。结论 医学图像后处理的方法能够有效提取原始数据信息,提高图像质量,方便诊疗。     

扩散张量成像数据分析方法概述

扩散张量成像(DTI)是唯一可在体显示脑白质纤维束的无创成像方法,其利用组织内水分子扩散的各向异性特征进行成像。本文以DTI基本原理为出发点,对DTI的主要研究方向和数据分析方法进行分析。     

MR扩散张量成像在软组织肿瘤诊断中的应用

目的：探讨扩散张量成像（DTI）用于软组织肿瘤诊断的可行性及价值。材料与方法：34例软组织肿瘤,良性肿瘤14例,恶性肿瘤20例。均行常规MRI扫描和DTI成像,计算并分析良、恶性肿瘤中心区、肿瘤周边区及邻近正常软组织的部分各向异性值（FA）和体积比各向异性值（VrA）,重建病变周围扩散张量成像,并将MRI表现与手术病理学检查结果作对照研究。结果：14例良性肿瘤和20例恶性肿瘤,良、恶性肿瘤周边区的FA值和VrA值相比均有极显著性差异（P<0.01）,良、恶性肿瘤中心区FA值和VrA值相比无显著性差异。手术病理检查,20例恶性肿瘤手术病例中,16例肿瘤组织周边与邻近正常软组织分界不清。14例良性肿瘤中,11例可见包膜,与邻近正常软组织边界清晰。结论：磁共振扩散张量成像能用于评价软组织肿瘤的内部结构特征及与周围组织的关系,对良、恶性软织肿瘤的诊断及鉴别诊断有一定帮助。     

磁共振弥散张量成像对弥漫性轴索损伤的研究

目的探索高场强磁共振弥散张量成像(DTI)对弥漫性轴索损伤的评价价值.方法脑外伤病人12例及正常对照组13例,分别应用常规MR扫描及弥散张量成像技术.在FA图上分别测量创伤组及对照组双侧半球白质感兴趣区镜像部位FA值,将两组相应感兴趣区FA值均值进行比较,观察有无明显差异.并将创伤组FA值均值与临床GCS评分进行相关分析.结果创伤组与对照组FA值有明显差异,创伤组双侧内囊后肢FA值与GCS评分有较好相关性.结论磁共振弥散张量成像技术对白质损伤敏感,并能反映其损伤程度,是目前活体诊断弥漫性轴索损伤准确的检查方法.     

磁共振弥散张量成像和弥散张量纤维束成像诊断弥漫性轴索损伤

目的评价联合应用磁共振弥散张量成像(DTI)与弥散张量纤维束示踪技术(DTT)诊断弥漫性轴索损伤(DAI)的价值。方法对14例临床确诊弥漫性轴索损伤病例及14例健康志愿者进行MR平扫、弥散加权成像(DWI)、DTI及DTT检查,测量全部受检者胼胝体及脑干的ADC值和FA值,并进行对比分析。结果DTI显示DAI患者除胼胝体膝部外的其他测量区域FA值均明显减低(P<0.01)。ADC值可早期发现DAI的脑部损伤水肿区,但量值随发病时间变化较大;DTT结合弥散张量椭球体图可很好显示感兴趣区白质纤维束,在某种程度上更直观地显示脑白质受损范围。结论DTI联合DTT是目前在活体中诊断与评估弥漫性轴索损伤最敏感、准确的检查方法,并可用于动态观察神经纤维的临床转归过程,提示患者预后。     

MR扩散张量成像评估高尿酸血症患者肾损伤

目的 探讨MR扩散张量成像评价高尿酸血症早期肾功能损伤的可行性。方法 收集23例男性无症状高尿酸血症（AH组）、30例痛风（GA组）患者及23名健康志愿者（HC组）。检测血清尿酸浓度（SUA），估算肾小球滤过率（eGFR）。行常规MRI及DTI，比较3组间肾皮、髓质表观扩散系数（ADC）值及各向异性（FA）值、SUA、eGFR差异，并分别分析其与SUA及eGFR的相关性；同时分析SUA与eGFR间的关系。结果 HC组SUA值低于AH组及GA组（P均<0.05），GA组eGFR低于HC组（P<0.05）。AH组与GA组肾皮质和髓质的FA值均低于HC组（P均<0.05）；AH组、GA组肾皮质ADC值和GA组肾髓质ADC值均低于HC组（P均<0.05）。肾皮、髓质FA值（r=-0.41、-0.40）及肾皮、髓质ADC值（r=-0.34、-0.28）与SUA均呈负相关（P均<0.05），而肾皮、髓质DTI各参数与eGFR无明显相关性；SUA与eGFR呈负相关（r=-0.43，P<0.05）。结论 DTI可用于评估高尿酸血症早期肾功能损伤；高尿酸血症肾皮质ADC值及肾皮、髓质FA值均低于正常人；肾皮、髓质ADC值及FA值与SUA均呈负相关，SUA与肾功能损伤程度呈正相关。     

磁共振弥散张量成像在精神障碍中的应用

弥散张量成像可测量组织中的水扩散,而有助于测量和量化组织的方向和结构,可作为检测脑白质完整性和神经纤维束连通性的理想工具.通过观察白质内水分子扩散的特征,弥散张量成像可早期检出精神障碍性疾病所致脑改变,提示其改变的病理基础,并有助于评价治疗效果.尽管其在精神障碍中的研究刚刚开始,但显示了一定的临床应用前景.     

MR弥散张量成像在中枢神经系统的临床应用

DWI是一种较新的MR成像技术,图像对比与组织内水分子运动的不同有关,水分子的运动用表观扩散系数表示,DWI对急性脑缺血的早期诊断有重要的临床价值;DTI可用于评估各向同性及各向异性扩散.DTI主要用于评估影响脑白质尤其是白质纤维束完整性的疾病.本文主要对DWI、尤其是DTI在中枢神经系统中的临床应用现状作一综述.     

Distortion correction and robust tensor estimation for MR diffusion imaging

This paper presents a new procedure to estimate the diffusion tensor from a sequence of diffusion-weighted images. The first step of this procedure consists of the correction of the distortions usually induced by eddy-current related to the large diffusion-sensitizing gradients. This correction algorithm relies on the maximization of mutual information to estimate the three parameters of a geometric distortion model inferred from the acquisition principle. The second step of the procedure amounts to replacing the standard least squares-based approach by the Geman-McLure M-estimator, in order to reduce outlier-related artefacts. Several experiments prove that the whole procedure highly improves the quality of the final diffusion maps.     

正常人肾脏磁共振扩散张量成像及可重复性

目的 探讨正常肾脏的DTI特点,分析检查结果的稳定性和可重复性.方法 对10名健康志愿者行肾脏DTI检查,测量肾皮质及髓质的ADC值及FA值.分析同一测量者在不同时间的测量结果、不同测量者的测量结果及同组受检者不同时间检查结果的一致性.结果 正常肾皮质的ADC值高于髓质(t=20.126,P＜0.001),两侧肾脏差异无统计学意义(P＞0.05);正常肾脏髓质的FA值高于皮质(t=42.713,P＜0.001),两侧肾脏差异无统计学意义(P＞0.05).比较同一测量者在不同时间的测量结果、不同测量者的测量结果及同组受检者不同时间的检查结果,其组内相关系数均大于0.75,alpha系数均大于0.8.结论 DTI可以反映正常肾脏超微结构的特点,检查结果有很高的稳定性和可重复性.     

Perfusion MR imaging of brain tumors

Brain tumors rank second as the cause of cancer-related deaths in children and adults younger than 34 years old, and they are seen in adults of all ages. Primary malignant brain tumors are associated with the third highest cancer-related mortality rate and a disproportionate level of disability and morbidity. Considering this, accurate diagnosis and grading of brain tumors are critical to determining prognosis and therapy. Equally important is to evaluate for tumor status during therapy to assess for therapeutic response and treatment-related complications. Brain tumors can be characterized as a heterogeneous group of neoplasm with a correspondingly wide variation in malignant phenotype and a diverse array of imaging features. Magnetic resonance (MR) imaging with intravenous contrast agent is the test of choice to diagnose and monitor brain tumors before, during, and after therapy. Recent advances in imaging methods such as diffusion-weighted imaging, perfusion imaging, and spectroscopic imaging all have in common the ability to provide quantitative cellular, hemodynamic, and metabolic information that may enhance our understanding of brain tumor biology, help us to better assess treatment response, more accurately determine tumor activity during therapy, and differentiate recurrent tumor and treatment related complications. In this article, we will review the basics of brain tumor imaging and focus on the role of perfusion MR imaging in improving accurate diagnosis and monitoring brain tumors during therapy. Both strengths and shortcomings of perfusion MR imaging over standard anatomic MR imaging will be discussed as will important pitfalls of the technique.     

Real-time MR diffusion tensor and Q-ball imaging using Kalman filtering

Diffusion magnetic resonance imaging (dMRI) has become an established research tool for the investigation of tissue structure and orientation. In this paper, we present a method for real-time processing of diffusion tensor and Q-ball imaging. The basic idea is to use Kalman filtering framework to fit either the linear tensor or Q-ball model. Because the Kalman filter is designed to be an incremental algorithm, it naturally enables updating the model estimate after the acquisition of any new diffusion-weighted volume. Processing diffusion models and maps during ongoing scans provides a new useful tool for clinicians, especially when it is not possible to predict how long a subject may remain still in the magnet. First, we introduce the general linear models corresponding to the two diffusion tensor and analytical Q-ball models of interest. Then, we present the Kalman filtering framework and we focus on the optimization of the diffusion orientation sets in order to speed up the convergence of the online processing. Last, we give some results on a healthy volunteer for the online tensor and the Q-ball model, and we make some comparisons with the conventional offline techniques used in the literature. We could achieve full real-time for diffusion tensor imaging and deferred time for Q-ball imaging, using a single workstation.     

表观扩散系数值在区分肌肉骨骼系统良、恶性肿瘤中的作用

目的 探讨ADC值在区分肌肉骨骼系统肿瘤良恶性中的作用.方法 对33例患有肌肉骨骼系统肿瘤的患者进行MR常规T1加权,T2加权,压脂T2加权检查,以及3D Fast SPGR动态增强成像.MR扩散加权成像采用SS-EPI序列,b值分别取0、700 s/mm2,在动态增强扫描图像上强化明显的区域作为扩散加权成像图上的感兴趣区,测定肿瘤的ADC值.结果 在33例肿瘤中,良性肿瘤为17例,平均ADC值为(1.54±0.35)×10-3mm2/s,恶性肿瘤共有16例,平均ADC值为(1.45±0.45)×10-3mm2/s,二者之间无显著性差异(P>0.05).在33例病例中,共有6例软骨类肿瘤,平均ADC值(1.945±0.51)X10-3mm2/s;非软骨类肿瘤共有27例,平均ADC值(1.41±0.29)×10-3mm2/s,二者之间有显著差异(P<0.05).除1例软骨类肿瘤外,所有软骨类肿瘤的ADC值均大于2.0×10-3mm2/s.结论 以MR动态增强图像来选取DWI图像上肿瘤的感兴趣区(ROI)而测得的ADC值不能区分肌肉骨骼系统肿瘤的良恶性;但是高ADC值(>2.0×10-3mm2/s)对诊断软骨类肿瘤有一定价值.     

功能磁共振成像与扩散张量成像融合技术初探

目的 实现功能磁共振成像与扩散张量成像的图像融合。方法 运用事件相关功能磁共振成像技术，获得10名健康志愿者手指运动过程中大脑皮层功能图像，运用扩散张量成像技术获得初级运动区和辅助运动区的下行纤维束的图像，采用AFNI、FSL和AMIDE三种国际上通用的免费磁共振分析软件对图像进行融合。结果 采用该方法可获得脑激活、纤维束和脑解剖的融合图像，初级运动区、辅助运动区的激活模式及其下行的纤维束可同时在个体和成组脑结构上清晰显示。结论 应用通用免费磁共振分析软件可以实现功能磁共振成像与扩散张量图像的融合，可望为临床诊断和脑功能基础研究提供了新的途径。     

Diffusion tensor magnetic resonance imaging of brain tumors

DTI seems to offer the possibility of adding important information to presurgical planning. Although experience is limited, DTI seems to provide useful local information about the structures near the tumor, and this seems to be useful in planning. In the future, DTI may provide an improved way to monitor intraoperative surgical procedures as well as their complications. Furthermore, evaluation of the response to treatment with chemotherapy and radiation therapy might also be possible. Although DTI has some limitations, its active investigation and further study are clearly warranted.     

肌萎缩侧索硬化症的扩散张量成像研究

目的采用DTI技术,定量检测肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者脑内上运动神经元（UMN）的受累情况。方法运用GE Signa3.0T磁共振成像系统,对15例临床确诊及拟诊的ALS患者和12例性别、年龄相当的正常对照者进行了全脑DTI扫描。分别计算双侧大脑皮层下白质、皮质脊髓束及胼胝体各部的各向异性分数（FA）和平均扩散系数（MD）,并与多种临床参数进行相关分析。结果ALS患者脑内的FA值在双侧中央前后回皮层下白质、放射冠、内囊后肢后部、大脑脚及胼胝体各部较正常对照者显著下降;而相应部位的MD值无显著变化。FA值与ALSFRS及最大手指敲击率呈正相关,与病程、年龄及病情进展速度呈负相关;MD值与ALSFRS、病情进展速度及年龄呈负相关,而与其他临床指标之间无显著相关性。结论DTI可以通过定量检测ALS患者脑内FA及MD值的变化帮助确定上运动神经元的受累情况,尤其是在临床诊断不是很明确时。