使用扩散张量成像数据重建脑白质纤维的新算法

由磁共振扩散张量成像（DT-MRI）可以获得扩散的方向性信息，利用这些信息可以无创地重建人脑的白质纤维，而且这也是目前在活体上重建脑白质纤维的唯一方法．然而由于磁共振成像设备与成像技术的限制，纤维重建过程中会遇到许多困难，例如：DT-MRI的数据是离散的，而所要重建的纤维是连续的；而且由相对较低的MRI空间分辨率所引起的部分容积效应会影响DT—MRI的数据质量．针对这些问题，提出了一种加权跟踪算法．该算法结合经典物理理论，利用纤维跟踪过程中待定方向点周围相关体元的主向量与分量各向异性（FA）值来计算纤维跟踪线的前进方向．实验表明，该算法能够相对较好地解决重建过程中所存在的困难．从重建的效果看，该方法能够很好地反映脑白质纤维的分布情况．     

基于FMT的扩散张量成像脑白质纤维跟踪算法

扩散张量成像及脑白质纤维跟踪技术是目前惟一采用的活体、无创、三维显示脑白质纤维的成熟方法.针对扩散张量成像的特点,运用快速行进法产生基于体素的联合函数,并通过反向跟踪重建了脑白质纤维.实验结果表明,反向跟踪有效地解决了纤维的分叉问题,速度函数的改进使得跟踪的效率明显提高,而且结果也更加符合解剖结构.该算法的提出很好地解决了目前临床DTI数据可视化中的难题.     

白质纤维重建过程中像素内交叉问题解决方法

由部分体积效应引起的像素内交叉现象一直是利用扩散张量图像（DT-MRI）数据重建脑内白质纤维过程中的一个主要问题，而区分交叉区域和非交叉区域是解决这一问题的难点和关键．为此，提出了一种新的方法试图定义“交又像素”和“非交叉像素”，并设计了一种改进的优化算法来恢复交叉像素内的多纤维取向信息，从而使纤维跟踪过程在交叉区域和非交叉区域分别采取各自最优的方向依据．模拟数据和真实扩散张量图像数据跟踪实验显示，该方法首先判断了交叉区域，然后纤维沿恢复后的方向通过了交叉区域，从而解决了白质纤维重建过程中的像素内纤维交叉问题，提高了跟踪精度，并减少了计算量．     

一种新的脑白质分割方法

基于扩散张量成像提出一种新的脑白质分割方法.首先,计算扩散张量成像的各向异性参数和扩散参数,并得到各个参数下的脑部图像;然后,通过期望值最大化(expectation maximization,EM)模型求得各个各向异性参数图像的脑白质和非脑白质区域;最后,通过STAPLE(simultaneous truth and performancel evel estimation)模型融合各个DTI参数图像分割结果,得到脑白质分割结果.实验结果表明,该方法具有较好的分割效果,能有效地从脑组织中分割出脑白质.     

阿尔茨海默病DT-MRI脑图像的识别

利用脑部的扩散张量磁共振图像(d iffus ion tensorm agnetic resonance im ag ing,DT-M R I),探索对阿尔茨海默病计算机辅助诊断方法,提出了一种线性识别方法。对9例阿尔茨海默病患者和9例正常人脑部在1.5 T磁共振成像系统上作DT-M R I扫描。测量胼胝体膝部、胼胝体压部和海马的表观扩散系数和各向异性分数。对这些参数进行了统计,以训练识别器。用留一法估算,得到识别正确率为83.33%。结果表明,DT-M R I图像可以反映阿尔茨海默患者脑部的受损情况,该识别方法能为阿尔茨海默病的临床诊断提供帮助。     

应用磁共振扩散张量成像对正常人脑白质各向异性的初步研究

目的 利用磁共振扩散张量成像(DTI)技术,研究正常人脑白质的各向异性的正常变化.方法 随机选择20例正常志愿者进行磁共振扩散张量成像,测定双侧内囊前后肢、内囊膝部、外囊、半卵圆中心及胼胝体膝部和压部的FA值,并进行统计学分析.结果 人脑白质中FA值在胼胝体、内囊、外囊、半卵圆中心间均有显著性差别(P＜0.05).胼胝体膝部与压部、内囊前后肢与膝部无显著性差别.结论 DTI技术可以清楚地显示脑白质的解剖结构,通过FA值,能较好地反映组织的各向异性的变化.     

融合白质功能信号的DWI纤维优化重建

磁共振弥散加权成像(DWI)可对大脑白质纤维束的结构连通性进行无创研究,其主要方法为DWI纤维重建.并且基于DWI的结构连接常常与基于功能磁共振成像的功能连接相结合,以得到纤维重建的最优路径.本文提出一种融合白质fMRI,将功能信号作为先验信息进行DWI纤维全局优化重建的方法,获得表征描述特定功能结构的最优纤维路径.实验结果表明,加入fMRI功能先验信息的优化方法可重建出具有功能意义的白质纤维束,较之现有的纤维重建方法具有更高的可靠性和鲁棒性.     

扩散张量成像图像数据采集技术的参数优化

为优化扩散张量成像图像采集技术,在1.5 T磁共振扫描仪上,使用3种具有不同扩散编码梯度方向数目(NDGD)的序列成像,采用基于感兴趣区和体素的2种方法,在6个部位比较3个序列的扩散系数(〈D〉)、各向异性分数(FA)和扩散张量的本征值.另外,采用具有不同扩散敏感因子b值的序列成像,测量并探讨b值与图像信噪比和表观扩散系数的关系.结果表明,在感兴趣区水平,所有序列的〈D〉和FA及其标准差没有统计学区别,但张量本征值却有差异.在体素水平,在多数部位21-NDGD和31-NDGD序列的相关系数较高.随着b值增高,信噪比降低.当b值在一定范围内时,表观扩散系数及其标准差有不同的变化.实际中应根据不同的应用(感兴趣区或体素分析以及扩散张量成像测量参数的不同)来选择NDGD,选用b值介于400～1 300 s/mm2较为合适.     

脑卒中后椎体束华勒变性的功能磁共振研究

目的应用扩散张量与磁共振波谱技术,对急性脑卒中患者进行分析,探讨其反映患者病情变化的价值.方法取一侧脑卒中患者26例,健康志愿者30例.在常规扫描后再进行DTI,MRS扫描,采用NIHSS和BI评分评价患者功能,并定期复查.分析患者梗死病灶、大脑脚ADC值、FA值及MRS的代谢产物数值变化.结果 1）病灶FA值低于正常值,与NIHSS呈正相关,与BI呈负相关.脑干FA值减小,提示神经纤维出现华勒变性;2）病灶NAA下降,低于正常侧,P〈0.01;病灶侧Cr,Cho较正常侧改变不明显,P〉0.05;大脑脚NAA 1个月后降低.结论对脑卒中患者进行DTI与MRS扫描,能较早反映患者病情严重程度,还能判断预后,并指导临床康复治疗.     

MR-DTI对脑胶质瘤个体化手术风险及疗效评估

目的:探讨磁共振弥散张量成像(magnetic resonance diffusion tensor imaging,MR-DTI)在脑胶质瘤手术中对术者制定合适的手术方案以保护患者神经功能的临床价值。方法:33例脑胶质瘤患者术前术后行MR-DTI检查和神经功能评估。根据MR-DTI检查结果将肿瘤与瘤周白质纤维束的影像学关系分为3类:Ⅰ类-挤压型,Ⅱ类-浸润型,Ⅲ类-破坏型。对3种MR-DTI类型术前神经功能状态之间的差异、术后神经功能状态改变之间的差异以及术前术后神经功能状态之间的差异分别进行比较。结果:Ⅰ类-挤压型12例,Ⅱ类-浸润型12例,Ⅲ类-破坏型9例。①各类型内肿瘤实质FA值与对侧正常脑组织FA值比较差异有统计学意义(P<0.05);②不同MR-DTI类型患者的术前神经功能状态之间及术后神经功能改变情况之间的差异有统计学意义(P<0.05);③患者术前术后神经功能状态之间的差异有统计学意义(P<0.05)。结论:MR-DTI能够显示脑胶质瘤与肿瘤附近白质纤维束之间的关系,其能够帮助神经外科医师制定合适的手术方案以更好的保护患者的神经功能。     

静息态人脑功能网络的小世界特性

研究了静息态下健康人脑的功能连接模式有助于理解人脑在正常或疾病状态下的功能活动规律.利用小波变换从健康志愿者静息态的功能磁共振成像中提取时间序列,计算90个脑区的相关性,设定阈值建立脑功能网络的无向简单图,然后计算特征路径长度和聚类系数,并对度分布进行拟合.结果显示:脑功能网络具有规则网络的大聚集系数又具有随机网络的小特征路径长度,度的拟合显示具有指数截断幂律分布,即脑功能网络具有小世界特性.     

用PC机处理磁共振弥散张量数据示踪三维脑白质纤维束

目的:使用磁共振弥散张量成像和示踪技术进行三维脑白质纤维束示踪成像.方法:对8名健康自愿者进行头部磁共振弥散张量检查,使用弥散加权-回波平面成像序列(重复时间8 000 m s,回波时间80 m s),b值为1 000 s/mm2,25个弥散方向,扫描层厚4 mm,无间隔,矩阵120×120,扫描野24 cm.使用PC机软件分析弥散张量数据并示踪三维脑白质纤维束成像.结果:每例实验对象的三维示踪结果显示连合系、联络系和投射系各种脑白质纤维束的结构和其在三维空间的走行,与解剖学所描述相对比基本一致.结论:使用磁共振弥散张量三维脑白质纤维束示踪可以立体直观地显示各种脑白质纤维束.不仅可以用于解剖学教学,还可进一步应用于临床,对部分神经系统疾病的辅助诊断有潜在的应用价值     

DT-MRI张量值图像的一种加权方向距离滤波方法

为了正则化扩散张量磁共振成像所产生的扩散张量场,提出了一种非线性张量值加权方向距离滤波方法.首先通过张量间的二次点积定义了张量值图像的方向滤波,然后结合张量中值滤波引入了一个联合最小化准则,在此准则的基础上给出张量值方向距离滤波器的一般结构,并使用权重矢量在距离和方向域上控制滤波器输出,获得更加稳健的处理结果.在合成二阶张量场和真实扩散张量数据集上进行了实验.客观结果比较和滤波图像的主观评估表明:该滤波方法可在保持张量场细节不变的同时有效地消除噪声,是磁共振扩散张量场的一种有价值的滤波工具.     

多发性硬化症患者DTI图像定量化分析

提出了一种联合体素和白质图谱的磁共振扩散张量成像(DTI)方法,明确了多发性硬化症(MS)患者脑白质中受损区域的位置和严重程度.通过计算受检者脑白质区域内各体素中水分子扩散的各向异性指数(FA)和平均扩散率(MD),找出MS患者组和健康对照组(HC)之间FA和MD存在显著性差异的体素及分布情况.结果表明,与HC组相比,MS组FA值在胼胝体体部、压部和双侧放射冠上部等11个脑区有显著性降低;MD值在胼胝体体部、压部和右侧内囊后肢等22个脑区有显著性升高,为临床MS诊断和治疗提供了更有效的参考价值.     

慢性酒精中毒性脑病磁共振及功能性成像分析

目的探讨慢性酒精中毒性脑病磁共振及功能性成像改变.方法总结32例慢性酒精中毒性脑病的患者,分别进行磁共振常规平扫、磁共振弥散成像、磁共振波谱成像分析.结果 32例患者均有不同程度的精神异常,表现为脑萎缩、脑白质脱髓鞘.磁共振弥散成像为高信号,表观扩散系数ADC图为低信号,磁共振波谱成像显示病变部位氮乙酰天门冬氨酸(NAA)以及胆碱(Cho)显著减低.结论磁共振及其功能性成像对酒精性脑病的诊断、判断治疗及预后评价具有重要价值.     

磁共振多模态技术对新生儿缺氧缺血性脑病诊断价值的探讨

目的利用核磁共振弥散加权成像（DWI）联合核磁共振波谱分析（1H-MRS）及核磁共振磁敏感成像（SWI）研究HIE的MRI,探讨临床分度及预后关系。方法搜集28例经临床证实的新生儿HIE患者,行常规MRI、DWI、1H-MRS、SWI图,单体素PRESS（TE144ms）序列囊壁或囊内1H-MRS成像,测量N-乙酰天冬氨酸NAA、胆碱Cho、肌酸Cr、乳酸Lac、脂质Lip峰高,计算出Cho/Cr,Cho/NAA,NAA/Cr,并与随访结果进行比较。结果 （1）8例皮层及皮层下沿脑回迂曲点状条状高信号及或幕上幕下蛛网膜下腔少量出血;3例额叶深部白质两侧对称性点状高信号及或沿脑室壁条状高信号半局限性脑水肿;2例表现为基底节区,丘脑高信号伴内囊后肢地信号;1例脑室出血半病侧脑室扩大,皮层下囊状坏死,弥漫性脑水肿。（2）28例患者初次检查,DWI全部表现为对称性异常高信号;22例病变位于颞叶、额叶、顶叶;8例累及两侧基底节区。（3）5例NAA峰显著降低;8例Lac峰明显增高;GLx-a峰明显增高。（4）3例室管膜下斑点状低信号;6例脑室内条状低信号;1例皮层下点状低信号;5例侧脑室旁斑点状低信号。（5）随访2周,25例全部病变显示低信号,6个月和15个月持续性低信号。结论利用磁共振多模态技术能够判断超急性期,急性期的HIE,早期发现中重度HIE,指导临床判断预后。     

中场强磁共振机弥散加权成像诊断超急性期脑梗塞（附8例分析）

目的：评价中场强机MRI弥散加权像（DWI）用于诊断超急性期脑硬塞的价值。方法：8例发病时间在4-6h内的超急性期脑梗塞者接受了DWI检查,分析其图像特征及病灶检出率,所有患者同时进行了CT平扫与MR常规序列检查,并此后3d-1周内完成复查,作为影像学对比。结果：8例中通过DWI检出发病4-6h超急性期大脑中动脉梗塞4例,右背侧后丘脑伴同侧枕叶梗塞1例,双枕顶叶深部梗塞1例,脑干梗塞1例,左侧小脑半球梗塞1例,并通过随诊检查得以证实,其敏感性和特异性均为100%;同期MRI常规序列检出右侧大脑中动脉梗塞1例,另有1例不能确定诊断;同组中,CT未能检出该病灶。三者间存在显著性差异。结论：DWI在超急性期脑梗塞诊断中具有重要价值,是超急性期脑梗塞的首选检查方法。     

Effects of diffusion time and diffusion gradient strength on the mean diffusivity of water molecules in healthy human brain

Diffusion time and diffusion gradient strength are two important parameters of pulsed gradient spin echo (PGSE) that is the most commonly used method in diffusion-weighted magnetic resonance imaging. However, the effects of the diffusion time on the mean diffusivity (MD) in previous studies are controversial. In this study, a new experimental protocol was designed to evaluate the effects of the two parameters on the results of PGSE. It was found that MD decreased significantly with the increased diffusion time or increased diffusion gradient strength, which cannot be explained by the previous theories. Through theoretical analysis, we found the flaw in the pulsed gradient spin echo (PGSE) method, which is the explanation for the controversial results of diffusion time obtained by others.     

磁共振成像中涡流效应的仿真

为研究涡流对磁共振(MRI)图像的影响,提出了MRI中涡流效应的仿真方法。在基于Bloch方程的仿真方法的基础上增加描述涡流的数学模型从而实现MRI中涡流效应的仿真。为验证仿真结果,首先在一台0.3 T永磁MRI系统上测量涡流模型的参数,然后在该系统上设计并实现了带有附加梯度的自旋回波(SE)序列用以显示零阶涡流的影响。仿真图像和实际图像均显示了与理论分析相符的混叠伪影,同时利用仿真程序补偿实际接收信号,可以明显地减小重建图像的伪影。以上实验结果验证了仿真程序的正确性。     

磁共振成像中涡流效应的仿真

为研究涡流对磁共振(MRI)图像的影响,提出了MRI中涡流效应的仿真方法。在基于Bloch方程的仿真方法的基础上增加描述涡流的数学模型从而实现MRI中涡流效应的仿真。为验证仿真结果,首先在一台0.3T永磁MRI系统上测量了涡流模型的参数,然后在该系统上设计并实现了带有附加梯度的自旋回波(SE)序列用以显示零阶涡流的影响。仿真图像和实际图像均显示了和理论分析相符的混叠伪影,同时利用仿真程序补偿实际接收信号,可以明显地减小重建图像的伪影。以上实验结果验证了仿真程序的正确性。