正常成人脑组织弥散成像的定量研究

正常成人脑组织弥散成像的定量研究 第27卷第4期河北医科大学Vo1.27No.4 2006年7月JOURNALOFHEBEIMEDICALUNIVERSITYJuly2006?267? ? 论着? 正常成人脑组织弥散成像的定量研究 何杰,刘怀军,黄勃源,池琛 (1.河北医科大学第三医院CT/MRI室,河北石家庄050051;2.河北医科大学第二医院医学影像学科,河北石家庄050000) 【摘要】目的研究正常成人脑不同解剖部位的弥散特点,建立脑内不同部位的正常 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 观弥散系数(apparent diffusioncoefficient,ADC)值 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .方法健康志愿者和体检者280例,行弥散加权成像(diffusionweighted imaging),弥散梯度因子(gradientfactor)b值选用0,1000s/ram.结果正常成人脑内各组织平均ADC值测量 (×10mm/s):皮层灰质为0.84?0.15,皮层白质为0.71?0.12,尾状核头为0.74?0.19,豆状核为0.72? 0.18,丘脑为0.75?0.21,内囊后肢为0.68?0.17,半卵圆中心为0.72?0.22,肼胝体膝部和压部分别为0.71? 0.10,0.72?0.10,侧脑室体部为2.85?0.27.正常成人脑内两侧不同解剖 部位及两年龄,性别组的ADC值无显 着性差异.结论通过定量测量正常成人脑部ADC值,获得成年国人的 正常ADC值,为鉴别病理改变提供基础对 照. 【关键词】脑;磁共振成像,弥散;成年人 【中图分类号1R445.2【文献标识码】A【文章编号 11007—3205(2006)04—0267—04 QUANTITATIVESTUDYOFDIFFUSazhuang050000,China) ABSTRACT:ObjectiveToestablishquantitativestandardbymeasuringtheaveragevalueof theapparentdiffusioncoefficient(ADC)indifferentregionsofnormalhumanbrain. MethodsDiffusionweightedimagingwereperformedin280healthsubjectsandvolunteerswith diffusiongradientfactorbof0and1000sec/mm.ResultsTheADCvalues(×10.mm/s)of greymatter,whitematter,headofnucleuscaudatus,outamen,thalamus,genuandspleniumof corpuscallosum,posteriorlimbofinternalcapsule,centrumsemiovale,andbodyoflateral ventricleswere0.84?0.15,0.71?0.12,0.74?0.19,0.72?0.18,0.75?0.21,0.7 1?0.10, 0.72?0.10,0.68?0.17,0.72?0.22,2.85?0.27respectively.Thestatisticallysi gnificant differenceswerenotfoundbetweenthehemispheres.ConclusionThenormalADCvalues measuredquantitativelyinbrainprovidesbasicreferencefordifferentialdiag nosisofpathologic changes. KEYWORDS:brain;diffusionmagneticresonanceimaging;adult 磁共振弥散成像(diffusionweightedimaging, DWI)是目前在活体上进行水分子弥散测量与成像 的唯一方法,水分子弥散的活体研究使磁共振成像 对人体的研究深入到了更微观的水平.目前国内外 [收稿日期]2006—04—04;[修回日期]2006—05—16 [作者简介]何杰(1964一),女,辽宁义县人,河北医科大学第三 医院副主任医师,医学博士,从事神经系统影像学研究. 对弥散成像的研究主要侧重于弥散成像的应用,对 正常脑组织内弥散的定量研究有一些报道l1].本 研究试图建立正常成人脑组织多个解剖部位的表观 弥散系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)值标 准,为脑内疾病的早期诊断,定性,定量及鉴别诊断 打下一个良好基础. ? 268?河北医科大学第27卷第4期 1资料和方法 1.1研究对象:健康志愿者和体检者280例.年龄 16,78岁,平均(42.8?28.6)岁.?40岁组170 例,男女分别为85例;>40岁组110例,男女分别 为55例.所有志愿者均无神经系统症状和体征,无 神经系统病史和系统性疾病,经常规MRT加权和 T加权检查确定为正常,并填写了知情志愿 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 书. 1.2MR检查技术:MR扫描仪为Toshiba公司的 VISART/Hyper1.5T系统,正交头部线圈,梯度场 强为23mT/m.首先行常规横断和矢状位自旋回 波(spinecho,SE)Tl加权(TR500ms,TE15 ms)和T2加权(TR4000ms,TE108ms),矩阵192 ×256,视野22cm×22cm.对颅内未发现异常改 变者,再行DWI检查.DwI应用SE一平面回波 (echo—planarimaging,EPI)脉冲序列.具体参数为 在矢状面定位像上设定横断位弥散加权成像,成像 方位平行于前颅窝底,启动三个弥散梯度场,分别在 层面选择(sectionselectionencode),相位编码 (phaseencode)和频率编码即读出梯度(readout encode)方向上施加弥散敏感梯度,TR6000ms,TE 130ms,层厚5mm,矩阵128×128,视野25cm×32 cm,弥散梯度因子(gradientfactor)b值为0,1000 s/mm. 1.3图像处理及测量方法:将DWI图像传至SGI 工作站进行处理,得到不同敏感梯度方向上的DWI 像(相位编码,频率编码及层面选择方向上的DWI 图像见图1,3),Isotropic像(图5)和ADC图(图 6).首先对图像质量进行评价,判定图像能否用于 测量和分析.在每个欲测量结构上确定感兴趣区 (regionofinttrest,ROD,较小结构如灰质,内囊后 肢,ROI的面积确定为(15?3)mm,其他较大结构 确定为(35?4)mm.将感兴趣区选择在同一层面, 相同解剖部位所对应的部位,选取额,颞,顶,枕叶的 灰质和白质,尾状核头,豆状核,丘脑,内囊后肢,胼 胝体膝部和压部,半卵圆中心,侧脑室体部,在ADC 图上分别测量两侧的ADC值. 1.4统计学分析:用SAS6.12软件进行统计学处 理,统计结果以(?S)标准差表示,对照区的各项 参数均经配对t检验进行统计学处理,检验标准为 0.05. 2结果 2.1MR表现:在DWI上,弥散速度快的区域表现 为低信号,反之为高信号.而在ADC图上,弥散值 高的组织呈高信号,弥散值低的组织为低信号.正 常脑组织,侧脑室中的脑脊液因为不受弥散限制,弥 散速度明显快于脑实质,在DWI上信号低于脑实 质,而在ADC图上则高于脑实质. 正常脑灰质在3个不同的弥散敏感梯度方向 DWI上信号强度接近,由此计算出的ADC值也接 近,平均为(0.84?0.15)×10mm/s,而脑白质在 不同的弥散敏感梯度方向上所测信号强度差别较 大,弥散敏感梯度的方向与层面选择方向一致时,内 囊后肢的信号强度明显低于另两个方向上的信号强 度;而枕叶白质在层面选择方向和相位编码方向的 梯度时,其信号强度要低于频率编码方向的弥散梯 度时的信号强度,其他白质均存在类似现象.图1 , 6为DwI图,Isotropic像和ADC图. 2.2正常成人脑各组织平均ADC值测量:正常成 人脑各组织两侧不同部位的平均ADC值测量结果 比较见表1.脑内两侧不同解剖部位的ADC值,经 配对t检验,P>0.05,两侧无显着性差异. 正常成人不同年龄及性别组脑组织不同解剖部 位的平均ADC值测量结果见表2.正常成人以侧 脑室体部脑脊液的ADC值最高,其次为皮层灰质, 脑内灰质,最低为脑白质.两年龄及性别组间无显 着性差异,但随年龄增加,ADC值有降低趋势. 表1正常成人脑两侧不同解剖部位的AI)C值 TablelAIX;valueofvariousstructuresOilbotbside hemisphereinnormalaging (?S) 河北医科大学第27卷第4期?269? 3讨论 3.1弥散成像的原理与技术:弥散是分子随机侧向 运动,即布’朗运动,单位为mm/s.通常弥散用来 描述分子等颗粒由高浓度向低浓度区扩散的微观运 动.Hahn在1950年首次注意到水分子弥散对MR 信号的影响,之后Stejskal和Tanner将之发展为可 测量的MR技术.磁共振弥散成像是目前在活体 上进行水分子弥散测量与成像的唯一方法.其成像 原理是在常规SE序列180.脉冲前后施加强梯度 场,当质子沿梯度场进行弥散运动时,质子的自旋频 率将发生改变.结果在回波时间相位分散不能完全 重聚,进而导致信号下降.分子弥散程度用弥散系 数D表示.在活体中,分子弥散受许多因素的影响 (如血流,脑脊液流动,心脏,脉搏搏动和细胞膜等), 通常采用综合了上述因素的ADC来代替D值.信 号的下降与ADc值的关系可用下面 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 表示: ADC—In(S./s.)/(b.一b).S与S是不同弥散 敏感系数(b)值条件下弥散加权像的信号强度.b 值是关于外加梯度场的参数,可以表示如下:b一 7G(A一/3),7为氢质子旋磁比,?为两个梯度 场的间隔时间,G为梯度场强,8是梯度场的持续时 间.应用该公式可以在MR图像上计算出每个像 素的ADC值,按一定比例灰阶成像可获得ADC 图.b值与信号的关系为:s—Soe-剐,S0和s为施 加扩散梯度前后的信号强度,由此可看出,较大的b 值具有较大的扩散权重,并引起较大的信号下降,弥 散程度越强.b值过小,易受T加权的影响,产生 所谓T2透射效应(T2shinethrougheffect),所以信 号的强度取决于b值的大小.通常b值为1000s/ mm.即可获得足够的弥散梯度.一般至少需要获 得两幅不同b值的DWI图像,才能计算出ADC图. 文献报道,使用两个b值(0,1000s/ram)得到的 ADC与使用6个b值得到的结果比较,两者的一致 性较好j. 本研究采用两个b值(0,1000s/ram),沿三个 正交梯度测量弥散均值,成像时间短,所得到的 ADC图消除了各向异性的影响,其信号强度与方 向无关,ADC反应弥散更为准确]. 目前的MR弥散成像多采用快速成像技术,如 EPI技术.EPI技术是目前公认的最快的空间信号 采集成像方法,以一连串梯度场为特征,单次激发 EPI仅激发一次即可完成K空间的信号采集.但 是由于应用梯度场,存在顺磁性引起的伪影.在成 像组织中,局部组织顺磁性不同,在顺磁性相差悬殊 的区域将形成梯度场,使其中的质子不能形成信号 或信号减低.这种情况多出现在骨气交界处,所以, 额叶和小脑区易形成伪影,成像质量较差.通过减 小成像像素大小,可以降低梯度,从而减轻伪影,但 同时也使信号强度减弱. 3.2脑组织水分子弥散的各向异性:各向异性是分 子弥散的一个重要现象,即虽然分子在某个位置向 任意一个方向运动的可能性都是存在的,但是其向 各个方向运动的量可能并不同.人们早已注意到某 些组织内存在弥散的各向异性,如水分子在平行于 神经纤维的方向上较垂直方向上更容易弥散L7]. 在机体生理条件下,水分子向三维空间某些方 向更容易弥散,如胼胝体和内囊后肢,这些部位平行 于神经纤维方向的弥散加权系数可以较垂直方向大 3,4倍,弥散的各向异性尤为明显.由于胼胝体膝 部和压部的神经纤维走行的方向与频率编码的方向 一 致,而与层面选择和相位编码的方向基本垂直,当 弥散加权梯度施加在频率编码方向时,在弥散加权 图像上显示为低信号;施加在另两个方向时,则显示 ? 270?何杰等正常成人脑组织弥散成像的定量研究 为高信号.目前,机体弥散的各向异性的原理尚在 探讨中.有理论认为神经纤维轴索外多层的环形的 脂质鞘膜限制了水分子在垂直于神经纤维的方向上 运动,而神经轴索内的轴浆流可能促进了水分子在 平行于神经纤维方向上的运动. 3.3正常脑组织的弥散成像与弥散值:弥散加权像 上弥散值高的区域表现为低信号,而弥散值低的区 域在弥散加权像上表现为高信号.本研究结果显示 脑脊液的ADC值是灰白质的三倍左右,这反应脑 室中的脑脊液因为弥散较为自由,其内水分子的弥 散受限很小,信号强度较低.而在弥散值较低的区 域或方向表现为信号强度的升高.在脑实质中,由 于存在细胞膜和髓鞘纤维等阻挡,弥散明显受限, ADC值低于脑脊液.皮层灰质ADC值[(0.84? 0.02)×10mm/s]高于皮层白质[(O.71?0.02) ×10mm/$3,与以前的报道一致,原因可能与两 者的结构和功能不同有关,灰质血流较白质多,靠近 脑沟,受脑脊液的容积效应的影响较大.尾状核,豆 状核和丘脑的ADC值介于灰质和白质之间,可能 与它们的微细结构特性有关[8]. 脑内不同解剖部位左右两侧ADC值的差异无 显着性意义,表明ADC值对准确发现病变有重要 临床价值.由于人的肉眼很难发现微小弥散改变, 脑内不同组织ADC正常范围有一定差异,若ADC 值超出正常范围,则提示异常可能. 3.4脑组织正常ADC值测量的临床意义:ADC值 是对一种组织总体弥散的恒定测量,反映水分子在 组织内的扩散运动能力,值越大,水分子的扩散运动 越强.目前DWI不仅成功的用于中枢神经系统中 早期脑梗死的诊断,也在多发性硬化,脑膜瘤,脑脓 肿,蛛网膜囊肿和表皮样囊肿的鉴别以及其他疾病 的诊断和鉴别诊断中发挥了重要作用[1.’”].已经 发现良性病灶的平均ADC值要高于恶性肿瘤,另 外ADC还同肿瘤的细胞分化程度有关.本研究发 现随年龄增加,ADC值有增加趋势,与以前的研究 一 致.4O岁以后,脑组织的平均ADC值每10年增 加3,以胼胝体膝部,半卵圆中心,两侧额顶叶胼 胝体周围脑白质最明显,反映了神经纤维数量减少, 髓鞘脱失,有髓轴突的消失,神经纤维排列紧密程度 下降,细胞外间隙扩大等生理性老化过程.应用 ADC值可获得许多重要信息,在许多疾病中,这些 测量不仅有利于诊断,也有利于治疗和判断预后. (本文图见插图第10页) 【参考文献】 HeleniusJ,SoinneL,PerkioJ,eta1.Diffusion-weighted MRimaginginnormalhumanbrainsinvariousagegroups [J].AJNR,2002,23(2):194—199. NaganawaS,SatoK,KatagiriT,eta1.RegionalADC valuesofthenormalbrain:differencesduetoage,gender, andlaterality[J].EurRadiol,2003,13(1):6—11. 肖学宏,孔祥泉,刘定西,等.人脑弥散加权平面回波磁共振成 像[J].临床放射学杂志,1999,18(3):133—136. 卢洁,李坤成.正常成人脑组织弥散的定量研究[J].中国医 学影像技术,2003,19(8):975—977. TannerSF,RamenghiLA,RidgwayJP,eta1.Quantitative comparisionofintrabraindiffusioninadultsandpretermand termneonatesandinfants[J].AJR,2000,174(6):1643- 1649. SchaeferPW,GrantPE,GonzalezRG.Diffusion—weighted MRimagingofthebrain[J].Radiology,2000,217(2):331— 345. ChenevertTL,BrunbergJA,PipeJG.Anisotropicdiffusion inhumanwhitematter:demonstrationwithMRtechniquesin vivo[J].Radiology,1990,177(2):401-405. SchaeferPW,GrantPE,GonzalezRG.Diffusion—weighted MRimagingofthebrain[J].Radiology,2000,217(2):331— 345. 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