李敬玉，劉貴霞，趙君祿，雷立存，鄭立冬，謝晉東

1.河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 放射科，河北 石家莊 050031；2.河北醫(yī)科 大 學(xué) 基 礎(chǔ) 醫(yī) 學(xué) 院 ， 河 北 石 家 莊050017 ； 3.泰 山 醫(yī) 學(xué) 院 ， 山 東 泰 安271016

腦MR彌散加權(quán)成像和彌散張量成像可比較圖像參數(shù)的研究

Research of Comparable Image Parameters between DWI and DTI in Normal Brain MRI

李敬玉1，劉貴霞2，趙君祿1，雷立存1，鄭立冬1，謝晉東3

1.河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 放射科，河北 石家莊 050031；2.河北醫(yī)科 大 學(xué) 基 礎(chǔ) 醫(yī) 學(xué) 院 ， 河 北 石 家 莊050017 ； 3.泰 山 醫(yī) 學(xué) 院 ， 山 東 泰 安271016

在臨床應(yīng)用中，某些感興趣區(qū)的表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）的數(shù)值改變對(duì)某些疾病的診斷具有特異性[1-3]。ADC 的數(shù)值可應(yīng)用彌散成像獲得。彌散成像有彌散加權(quán)成像（diffusion weighted inaging，DWI） 和 彌 散 張 量 成 像（diffusion tensor imaging，DTI）。彌散加權(quán)成像所需時(shí)間短，接受射頻少，但只能得到 X、Y、Z三個(gè)方向上的 ADC 及其平均 ADC ；彌散張量成像時(shí)間長(zhǎng)，所需時(shí)間隨彌散方向個(gè)數(shù)的增加而增加，不但可以得到某感興趣區(qū)的多個(gè)方向的平均 ADC 和各個(gè)單彌散方向上的 ADC，而且還可以得到該感興趣區(qū)的各項(xiàng)異性參數(shù)。本研究通過(guò)正常人的 DWI和 DTI技術(shù)，對(duì)正常人腦的多個(gè)感興趣區(qū)的ADC值進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備及材料

美 國(guó) GE Signa? EXCITETM Twinspeed 1.5T MRI系 統(tǒng)、相控陣接受線圈。 efilm Workstation 圖像處理工作站、彌散張量分析軟件 DtiStudio 2.4[4]。

1.2 磁共振檢查方法

收集 27 例正常健康體檢者，男 18 例，女 9 例，年齡

在 19～54 歲之間，平均年齡為（32.1±12.3）歲。所有研究對(duì)象均無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和體征，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，并進(jìn)行常規(guī) T1、T2 磁共振檢查且無(wú)異常。其中，15 例行 DWI，掃描參數(shù)為 ：TR=8000ms，TE=60.2ms (為最小回波時(shí)間 )，層厚 4mm，層間距 0mm，視野 (FOV)240mm×240mm， 矩陣 256×256，采集次數(shù)為 2，彌散敏感梯分別施加在層面選擇（頭 /足）、相位編碼（前 /后）、頻率編碼（左 /右）3 個(gè)方向上，取 2 個(gè)彌敏感系數(shù) (b 值 )：b=0s/mm2和b=1000s/mm2。6、15、25 個(gè) 彌 散 方向 的 DTI 各 15 例， 掃描參數(shù)為 ：TR=8000ms，TE=74.7ms（為最小回波時(shí)間），層厚 4mm，層間距 0mm，視野 (FOV)240mm×240mm， 矩陣 256×256，采集次數(shù)為 2，取 2 個(gè)彌敏感系數(shù) b=0s/mm2和 b=1000s/mm2，其中，DTI成像時(shí)所加的彌散敏感梯度方向上在空間的分布矢量來(lái)自 MRI系統(tǒng)的 tensor.dat文件。

1.3 圖像處理

圖1 ①半卵圓中心，②內(nèi)囊前肢，③內(nèi)囊膝部，④內(nèi)囊后肢，⑤胼胝體干，⑥胼胝體膝部，⑦胼胝體壓部，⑧尾狀核頭部，⑨豆?fàn)詈?，⑩丘腦。

MRI 系統(tǒng)掃描獲得的圖像在 efilm workstation 圖像處理工作站中，將 DWI和 DTI圖像轉(zhuǎn)換為 DTI分析軟件方便處理的 DICOM 格式圖像。使用 Jiang H.等人開(kāi)發(fā)的 DTI分析軟件 DtiStudio 2.4 進(jìn)行處理、分析、測(cè)量 DWI和 DTI 的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)該軟件重建人腦各層面的平均 ADC 圖像，特征值 λ1、λ2、λ3圖。在各參數(shù)圖像中測(cè)量大腦半球左側(cè) 10 個(gè)位置的各參數(shù)值，這 10 個(gè)位置分別是半卵圓中心、胼胝體膝部、胼胝體干、胼胝體壓部、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊膝部、內(nèi)囊后肢、豆?fàn)詈恕⑽矤詈祟^部、丘腦。感興趣區(qū)域（Region of Interesting, ROI）位置的選擇由 T2WI和 FA 圖像為參考，測(cè)量時(shí)使用直徑為6像素的圓形區(qū)域，如圖1所示。所得數(shù)據(jù)應(yīng)用 SPSS15.0 統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析及處理。

2 結(jié)果

2.1 ADC比較結(jié)果

大腦 10 個(gè)解剖部位 ROI的 DWI和 6、15、25 個(gè)彌散方向時(shí)的 DTI的平均 ADC 比較結(jié)果，如表1 所示。

單因素方差分析結(jié)果顯示 ： 無(wú)論是所有被試者的所有解剖區(qū)總體還是單個(gè)解剖區(qū)域而言，ADC值在不同的彌散方向個(gè)數(shù)時(shí)，在 α=0.05 水平無(wú)顯著性差異（p =0.429）。

2.2 最大特征值λ1比較結(jié)果

DTI彌散方向個(gè)數(shù)分別為 6、15、25 個(gè)時(shí)，各 ROI的最大特征值 λ1比較結(jié)果，如表2 所示。

單因素方差分析結(jié)果顯示 : 就所有被試者的 10 個(gè)解剖區(qū)域的總體而言，張量的最大擴(kuò)散值λ1在不同的彌散方向個(gè)數(shù)時(shí)，在 α=0.05 水平，沒(méi)有顯著性差異（p=0.287）；對(duì)于單個(gè)解剖區(qū)來(lái)說(shuō)，則不確定。

2.3 特征值λ2比較結(jié)果

表1 大腦各約定ROI平均ADC值（×10-3mm2/s）

表2 大腦各約定部位ROI的張量的特征值λ1（×10-3mm2/s）

表3 大腦各約定ROI的特征值λ2（×10-3mm2/s）

表4 大腦各約定ROI的特征值λ3（×10-3mm2/s）

DTI彌散方向個(gè)數(shù)分別為 6、15、25 個(gè)時(shí)，各 ROI的特征值 λ2比較結(jié)果，如表3 所示。

單因素方差分析結(jié)果顯示 : 就所有被試者的 10 個(gè)解剖區(qū)域無(wú)論總體而言， 張量的主軸擴(kuò)散值 λ2在不同的彌散方向個(gè)數(shù)時(shí)，在 α=0.05 水平，沒(méi)有顯著性 差異（p=0.475）。對(duì)于單個(gè)解剖區(qū)來(lái)說(shuō)，則不確定。

2.4 最小特征值λ3比較結(jié)果

DTI彌散方向個(gè)數(shù)分別為 6、15、25 個(gè)時(shí)，各 ROI的最小特征值 λ3比較結(jié)果，如表4 所示。

單因素方差分析結(jié)果顯示 : 就所有被試者的 10 個(gè)解剖區(qū)域的總體而言，張量的主軸擴(kuò)散值λ3在不同的彌散方向時(shí)，在 α=0.05 水平，沒(méi)有顯著性差異（p=0.689）；對(duì)于單個(gè)解剖區(qū)域來(lái)說(shuō)，則不確定。

2.5 平均擴(kuò)散率MD比較結(jié)果

DTI彌散方向個(gè)數(shù)分別為 6、15、25 個(gè)時(shí)，各 ROI的平均擴(kuò)散率（MD）比較結(jié)果，如表5 所示。

單因素方差分析結(jié)果顯示 ：在 α=0.05 水平，無(wú)論就所有被試者的 10 個(gè)解剖區(qū)域的總體，還是單個(gè)解剖區(qū)域而言，張量的平均擴(kuò)散率MD在不同的彌散方向數(shù)時(shí)，沒(méi)有顯著性差異 (P＞0.05)。

2.6 表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC與平均擴(kuò)散率MD的t檢驗(yàn)比較結(jié)果

彌散張量成像各 ROI的表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC與平均擴(kuò)散率 MD的 t檢驗(yàn)比較結(jié)果，如表6所示。

兩獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn)結(jié)果顯示 ：在 α=0.05 水平，無(wú)論就所有被試者的所有解剖區(qū)域的總體，還是單個(gè)解剖區(qū)域而言，張量的平均擴(kuò)散率 MD 與表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC，在不同的彌散方向數(shù)時(shí)，沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。

3 討論

由表1 可知，腦部 10 個(gè) ROI中彌散梯度無(wú)論是加在實(shí)驗(yàn)坐標(biāo)系的 X、Y、Z軸相互垂直的三個(gè)方向上的 DWI還是加在均勻分布的 6、15、25 個(gè)方向上的 DTI，所獲取的 DWI圖像經(jīng)處理后，得到的平均 ADC沒(méi)有顯著性差異。饒晶晶等人[5]研究結(jié)果 ：b=1000 s/mm2，TR=5000ms，15、25、55 個(gè)彌散方向的 DTI時(shí)，三個(gè)擴(kuò)散梯度上測(cè)定的 ADC也沒(méi)有顯著性差異。在理論上不考慮噪聲影響時(shí)，ROI的ADC只由組織的微結(jié)構(gòu)決定，而與梯度方向、彌散敏感系數(shù)的b值，甚至MRI的主磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。不同機(jī)器、不同參數(shù)測(cè)量得到的 ADC 值可以比較，這一點(diǎn)可以和 X 線計(jì)算機(jī)斷層的 CT 值在臨床上的意義相媲美。但李德軍等人[6]研究認(rèn)為不同 b值下的ADC 值有顯著性差異。因此，噪聲對(duì)ADC的影響不可忽落，當(dāng)把ADC作為臨床定量測(cè)量時(shí)還是應(yīng)該慎重，每次的掃描參數(shù)應(yīng)該一致，并要求有足夠大的信噪比。

表5 大腦各約定ROI的平均擴(kuò)散率MD（×10-3mm2/s）

表6 大腦各約定ROI的ADC和MD（×10-3mm2/s）的t檢驗(yàn)

由表2、3、4 可知，就所有被試者腦部選定 10 個(gè)解剖部位的 ROI的總體而言 ,張量的特征值 λ1、λ2、λ3在 3種梯度方向個(gè)數(shù)的 DTI中沒(méi)有顯著性差異 ；而就單個(gè)解剖部位而言又有不同的結(jié)果。這種單個(gè)解剖部位 ROI的張量的特征值在 3 種梯度方向個(gè)數(shù)的 DTI中的不同差異結(jié)果，反映了不同解剖部位的組織結(jié)構(gòu)的差異，主要是白質(zhì)纖維束的走行方向的差異。理論上，梯度方向個(gè)數(shù)越多測(cè)量值越精確。

由 表5、6 可 知， 由 DTI所 獲 取 的 DWI圖 像 經(jīng)DtiStudio 處 理經(jīng)計(jì)算 得 到各 ROI 的 MD，在 6、15、25 個(gè)彌散方向時(shí)，無(wú)顯著性差異；而且，各單個(gè)解剖部位 ROI的 ADC 和 MD 比較也沒(méi)有顯著性差異。因此，就 ROI的ADC 而言，MD 完全可以替代 ADC，也就是說(shuō)，MD 可以和 ADC 等價(jià)。但是這僅限于 ROI的評(píng)價(jià)各方向的平均擴(kuò)散率，不能評(píng)價(jià)擴(kuò)散在哪個(gè)方向具有優(yōu)勢(shì)，如果某個(gè) ROI的擴(kuò)散由于某種病變?cè)趲讉€(gè)方向擴(kuò)散受限，而在其他方向彌散增加，則有可能MD不變。因此，對(duì)于特定方向的擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定則必須進(jìn)行 DTI成像，DTI成像具有更廣泛的臨床意義。而對(duì)于 ROI的組織結(jié)構(gòu)擴(kuò)散特征的評(píng)價(jià)正是DTI的優(yōu)勢(shì)。

水分子的擴(kuò)散特性由組織的微結(jié)構(gòu)決定的，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，灰質(zhì)部分呈現(xiàn)擴(kuò)散的各向同性，而白質(zhì)-神經(jīng)纖維的水分子擴(kuò)散呈明顯的各向異性，沿神經(jīng)纖維走行的方向（對(duì)應(yīng)張量主軸的最大值特征值）水分子擴(kuò)散最快，與神經(jīng)纖維垂直的方向（對(duì)應(yīng)張量主軸的其它兩個(gè)特征值）水分子擴(kuò)散較慢。

4 結(jié)論

正常人腦部的各感興趣區(qū)，就表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC而言，DTI和 DWI完全可以相互替代，且其值可以作為成像參數(shù)一致時(shí)的正常臨床參考值。

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LI Jing-yu1, LIU Gui-xia2, ZHAO Jun-lu1, LEI Li-cun1,ZHENG Lidong1, XIE Jin-dong3
1.Department of Radiology, the 1stHospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang Hebei 050031, China; 2. Basic Medicine College, Hebei Medical University, Shijiazhuang Hebei 050017, China; 3. Taishan Medical College, Taian Shandong 271016, China

目的研究正常人腦部彌散加權(quán)成像（DWI）的表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)和不同彌散方向個(gè)數(shù)時(shí)的彌散張量成像(DTI)的平均擴(kuò)散系數(shù)的異同。方法應(yīng)用相控陣神經(jīng)血管線圈，隨機(jī)選擇正常健康體檢者進(jìn)行DWI成像檢查和6、15、25個(gè)梯度方向的DTI檢查，各取得數(shù)據(jù)15例。對(duì)所有研究對(duì)象均進(jìn)行了頭顱常規(guī)MRI檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。然后，用DTI分析軟件DtiStiduo 2.4 對(duì)獲得的彌散加權(quán)像和彌散張量圖像進(jìn)行處理，得到DWI的平均ADC圖像，DTI的張量的導(dǎo)出量——張量的特征值λ1、λ2、λ3，各向同性指標(biāo)ADC、Trace（MD）的圖像。對(duì)得到的每個(gè)研究對(duì)象相應(yīng)圖像中選取10個(gè)感興趣區(qū)進(jìn)行測(cè)量，得到相應(yīng)的參數(shù)數(shù)值。結(jié)果DWI（X、Y、Z三個(gè)方向正交擴(kuò)散梯度）和6、16、25個(gè)擴(kuò)散梯度方向的DTI所獲得的ADC值沒(méi)有顯著性差異（P=0.579）；DWI、DTI的ADC值和MD值無(wú)顯著性差異。結(jié)論彌散成像中DWI和DTI中得到的ADC值具有可比性，可作為臨床正常參考值。

磁共振成像；彌散加權(quán)成像；彌散張量成像；表觀擴(kuò)散系數(shù)

ObjectiveTo compare ADC value of DWI and DTI in normal adult brain.MethodsThe routine MRI were performed in 27 healthy volunteers, in which 15 volunteers were performed with DWI or DTI with 6, 15, 25 diffusion gradient directions. Then analysed images of DWI and DTI with Dtistudio 2.4. ADC value of DWI , eigenvalues(λl, λ2, λ3) and Trace, ADC value of DTI are measured or calculated at 10 ROIs of all volvnteers image in DtiStudio 2.4 software. Statistical analysis was performed.ResultsADC value is not affected by diffusion gradient directions (p＞0.05).ConclusionThere is no significance differences of ADC value of normal adult brain between DWI and DTI.

magnetic resonance imaging; difusion weight imaging; diffusion tensor imaging; apparent difusion constant

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.06.065

1674-1633(2011)06-0151-05

2010-11-04

2011-05-30

謝晉東，教授，研究生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：1049969144@qq．com