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ag真人线上平台在线DTI技术在全视路病变中的应用
发布时间发布时间:2020-06-29 17:12

  ,DTI)利用组织内水分子扩散运动的各向异性而成像,是目前唯一一项无创性在活体内研究脑白质纤维束的影像检查技术,可观察并测量组织微观结构,现已在多个医学领域研究中发挥重要作用。视路神经纤维的显示对视路疾病的诊断、ag真人线上平台在线治疗十分重要,而常规影像学检查难以显示视路神经纤维,DTI技术为研究视觉通路纤维束提供了新的研究方法。

  全视路由视神经、视交叉、视束、视放射及枕叶视觉皮质中枢组成。视神经由视网膜神经节细胞的轴突构成,长约42~50mm。双侧视神经经视神经管入颅,在颅底交汇形成视交叉,视交叉向后延续形成视束。神经纤维在视交叉中交叉走行,鼻侧半的神经纤维相互交叉向对侧延伸加入对侧视束,颞侧半的神经纤维不交叉继续构成同侧视束。视束纤维绕过大脑脚前方到达外侧膝状体,周围神经元在此终止后发生换元发出中枢神经元的神经纤维形成视放射,视放射纤维束走行于颞顶枕叶之间,呈薄层带状形似凸向外侧的新月形,宽度约2mm,止于视觉皮质。视放射由腹侧束、背侧束、外侧束3个功能束组成,视放射中存在一个特征性结构叫Meyer环,是腹侧束在颞叶前外侧形成的一个袢状弯曲。

  水分子沿纤维走行方向的弥散易于垂直于纤维走行方向的弥散,这种具有方向依赖性的弥散叫做各向异性弥散(anisotropicdiffusion)。脑白质纤维的排列方式、密集程度以及髓鞘的厚度等因素将影响扩散的各向异性程度,纤维排列越紧密、髓鞘越厚,局部的水分子扩散越受限,其各向异性程度就越高。DTI技术是在多个方向的扩散梯度的作用下,利用组织中水分子存在各向异性扩散运动的原理,经过数据采集、计算得到组织内水分子各向异性扩散指标,获得水分子扩散的优势方向,即脑白质纤维束走行方向。1996年首次报道脑DTI成像,成功地展示了活体内大脑白质纤维束走行的三维结构,与大体神经解剖对照,其成像结果可信度很高。因此,DTI技术可很好显示脑白质纤维束的结构特征以及空间方向性和完整性。

  DTI技术主要输出参数包括:1)表观扩散系数(ADC),代表所施加扩散梯度场方向上的水分子的扩散程度大小,根据ADC值可以拟合得到ADC图,其图像信号强度即为ADC值,可以直接反映扩散快慢。各个方向扩散大小的平均值用平均扩散率(MD)表示;2)本征向量(V1、V2、V3)和本征值(λ1、λ2、λ3):V1位于体素内纤维束的主要走行方向,V2是位于V1的角度弥散方向,V3是位于V1、V2所在平面垂直的方向。这三个方向上弥散的幅度用本征值来表示即λ1、λ2、λ3,本征值是只有大小没有方向的量纲;3)容积比率(VR):若用椭圆球模式来描述DTI成像,椭圆球的三个主轴构成一个坐标系,主轴方向代表本征向量和本征值的大小,最长轴代表最大弥散值和方向,最短轴代表最小弥散值和方向。如果这三个本征值相同时,这种弥散模式就是各向同性弥散,此时弥散张量则成为一个球体,VR值就是表示弥散张量椭圆球体积占球体体积的比例;4)相对各向异性(RA):是组织中水分子弥散运动的各向异性成分与各向同性成分的比值;5)部分各向异性(FA):是最常用参数,是水分子弥散运动的各向异性成分占整个弥散张量的比例,FA值与各向异性呈线性相关。以FA值为图像信号强度拟合得到FA图,可直接反映弥散各向异性的比例;6)相干指数(CI)和点阵指数(LI):CI指某一体素与周围8个体素主要弥散方向之间所成夹角的平均余弦值,LI指周围体素内弥散张量的平均量化指标,使得相邻体素作为一个整体考虑,这两项参数对噪声污染的敏感性较低。

  当脑白质发生病变时将会造成白质纤维的变性或损伤,神经纤维髓鞘发生脱失、崩解,水分子各向异性程度下降,DTI各参数值的变化即可量化评价白质纤维束的完整性和病理改变,所得结果精确、直观。

  视神经纤维走行密集、方向一致性强,是进行DTI研究的理想结构,但是视神经周围的脂肪、脑脊液、骨质结构以及眼球不易保持不动等不利因素给视神经的DTI研究造成很多困难。但是,随着影像技术的不断优化发展,已有研究者有效抑制了这些影响因素。Wheeler-Kingshott等研究采用ZOOM-DTI序列,所得图像可以有效地抑制视神经周围的脂肪和脑脊液的高信号影响,成功获得了正常视神经FA值:0.57~0.64,以及MD值:(1173~1266)×10-6mm2/s。Chabert等使用2次相位重聚脉冲的快速自旋回波序列所得图像无伪影无视神经扭曲变形,也获得了高质量的视神经DTI图像,测得视神经FA值为0.49,MD值为1.1×10-3mm2/s。这些新序列、新技术的出现推动DTI技术在视神经方面研究的进一步发展,提供了有力的技术支持。

  目前,DTI技术已被广泛用于多种视神经病变。Song等和Sun等利用DTI技术对视网膜缺血造成视神经损伤的大鼠进行研究,发现视神经缺血变性的病理改变是首先发生神经纤维轴索损伤,随后发生髓鞘的变性和脱失。有研究者通过对视神经炎患者行DTI研究同样证实患侧视神经纤维轴索和髓鞘存在损伤。张艳等进行的视神经脊髓炎患者DTI定量分析表明,常规MRI扫描序列无法显示患者视路脑白质的异常,而DTI结果发现视觉诱发电位(VEP)异常的患侧视神经、视束及视放射的FA值较正常眼和对照组明显降低,MD值明显升高,证实视路脑白质存在脱髓鞘和轴突损伤,且DTI参数值与临床指标VEPP100波潜伏期之间具有显著相关性,证实VEP的异常在全视路中存在相应投射区。DTI技术在糖尿病视神经病变的研究中也得以应用,有研究报道糖尿病视神经病变患者视神经FA值下降,MD值及λ值升高。

  视交叉、视束周围病变可引起视路纤维束受压,造成视功能下降,严重者可致失明,切除肿瘤可解除对视路纤维的压迫,但术后仍有部分患者视功能并不能得到明显改善,目前其它方法是无法量化评估视交叉损伤情况的。而DTI技术可直观清晰显示肿瘤与视交叉解剖关系,同时能够做到定量分析评价视神经及视交叉的病理变化。因此,DTI技术可提供重要影像资料,能够帮助外科医师制定最佳手术方案,最大限度的保护视路神经纤维。

  DTI技术在显示视放射纤维束结构的同时可量化分析视放射的发育和老化情况。有研究者利用DTI技术发现视隔发育不良患者双侧视放射前段形态结构虽保持完整,但其FA、RA值明显降低,而且走行于枕叶内的视放射的后段纤维束走行紊乱,明显缺乏有序排列,在FA图上无法分辨。DTI对于弱视中枢的研究发现虽然弱视组与正常组的平均FA值无明显差别,但弱视组双侧视放射后部的体素数量明显少于正常组,说明弱视患者的视放射神经纤维存在发育不良。另有研究报道屈光不正性弱视患者的胼胝体压部、体部FA值下降,DCavg值升高,同时发现穿过胼胝体连接两侧枕叶及顶枕联合区的神经纤维存在部分缺失。

  当视放射纤维走行区枕叶、顶叶和颞叶发生栓塞、出血等病变时,病变区的视路纤维将有可能受到影响,可利用DTI技术进行分析和研究。视放射走行区的占位性病变将会对视放射纤维造成压迫甚至破坏,影响患者视功能,手术切除肿瘤时相邻视放射纤维束极易受到损伤,将导致永久性视野缺损甚至失明。如果切除肿瘤过程中不慎将视放射中Meyer环纤维损伤将导致外上象限偏盲,Kier等研究认为Meyer环的准确定位对于颞叶的手术至关重要,手术时需尽量避免Meyer环的损伤,而常规MRI检查或其他任何影像学检查方法是无法显示Meyer环的位置结构的,利用DTI技术可重建Meyer环与肿瘤间结构图,为临床提供可靠的影像资料避免术中损伤视路纤维,这将大大减少术后视功能受损的发生,因此术前DTI检查有着重要的临床意义。

  近年来,许多国内外研究者利用DTI技术对青光眼的发病机制、病理改变及影像表现进行了大量研究。Garaci等对开角型青光眼患者行视神经DTI研究发现,患者的视神经、视放射的FA值均明显降低,MD值明显升高,且数值的变化与疾病的严重程度相关,提示青光眼患者不仅视神经有损伤,视放射纤维也同样存在病理改变。Engelhorn等应用半定量分析法研究发现患者视放射神经纤维束随着年龄的增长而出现明显的萎缩趋势,且与对照组比较表现出更明显的萎缩。Gupta等研究发现青光眼患者外侧膝状体体积明显缩小,高度减低,存在萎缩变性。

  经过大量青光眼研究发现,青光眼可影响全视路神经纤维的完整性,是一种复杂的神经系统病变,其发病机制与中枢神经系统密不可分。DTI技术在青光眼的研究中发挥着重要的作用,不仅可以监测青光眼对全视路纤维乃至中枢神经系统的损害程度,还可评价神经保护性药物的治疗效果。

  综上所述,DTI技术提供了一种无创性显示全视路纤维束结构的新方法,可以直观清晰的显示视路周围病变与纤维束的解剖关系,是传统MRI检查的有力补充;更重要的是DTI技术可量化分析全视路纤维束的病理变化,显示常规MRI检查无法发现的视路纤维的病理改变,对视路及视路周围病变的显示、诊断以及治疗方案的制定具有重要意义。

  来源:吴春楠,李坤成.DTI技术在全视路病变中的应用研究进展[J].医学影像学杂志,2017(11):2208-2210.

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