醫療創新
Medical innovation
磁共振擴散張量成像（DTI）技術，是近年來在擴散加權成像（DWI）基礎上發展起來的一種成像及后處理技術，是DWI的發展和深化，也是當前唯一的一種能非侵入式追蹤大腦白質纖維束的方法。
簡單地說，水分子在不同組織中的擴散運動，會受到各種組織特性的影響，如組織類型、完整性、結構和組織屏障。DTI的基本概念就是通過對同一組織不同方向上水分子擴散運動的觀測，可以得到該組織水分子擴散的各向異性（即不同方向速率不同），從而反應測量組織的相關特性。比如說，腦白質（WM）沿軸突方向的水分子擴散受限較少，但是在徑向方向的擴散存在較大限制，因此水分子沿軸突方向擴散速率較高。基于此特點，使用DTI就能測量腦白質中水分子擴散的方向依賴特性，從而刻畫腦白質纖維的走行方向，進而追蹤整個大腦的白質纖維束。而水分子在腦灰質（GM）與腦脊液（CSF）中的擴散行為趨于各向同性，在DTI各向異性分數圖上表現為低信號。
DTI對組織微觀結構特性所能提供的獨特的敏感性使其成為腦科學基礎研究、腦智發育研究以及腦科學重大疾病的精準診療中的重要技術手段。已成功應用于研究急性腦卒中以及輕度創傷性腦損傷的診斷、腦部腫瘤術前規劃和相關重大精神疾病的診療研究；評估腦智發育水平和腦認知功能；運動障礙如帕金森氏癥以及神經發育和衰老中的白質微結構變化刻畫等。
DTI可用于檢測和評估新冠（COVID-19）患者大腦微結構的變化。與非新冠肺炎志愿者相比，55%的COVID-19康復患者在嗅覺皮質、海馬、腦島、顳橫回，中央溝蓋和扣帶回中雙側灰質體積顯著增加，平均擴散系數、軸向擴散系數、徑向擴散系數普遍下降，并伴有白質部分各向異性的增加，尤其是右側輻射冠、外囊和額枕上束的擴散系數。
DTI的成像質量容易受到主磁場均勻性、梯度場性能、渦流等多種因素的影響，因此對磁共振硬件系統、成像序列及相關軟件系統均有著極高要求。但在萬東，DTI成像中的難題都被一一攻破。
無論是71cm的大孔徑系統還是60cm常規孔徑系統，我們把核心壓脂區域的磁場不均勻性控制在業界高水平。同時通過快速預掃描勻場技術，減少局部B0場不均勻性引起的幾何畸變和磁化率偽影。
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無論是71cm的大孔徑系統還是60cm常規孔徑系統，我們把核心壓脂區域的磁場不均勻性控制在業界高水平。同時通過快速預掃描勻場技術，減少局部B0場不均勻性引起的幾何畸變和磁化率偽影。
DTI一般采用回波平面成像（EPI）方法進行數據采集，EPI采集對渦流非常敏感，特別是短渦流會造成奈奎斯特偽影。另外渦流隨擴散梯度的變化而變化，從而導致圖像失真（比如圖像收縮和/或整體位移和剪切）。萬東的極凈渦流補償技術可以在全空間和全時間尺度上將渦流盡量減少、減小DTI圖像偽影和失真。
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DTI一般采用回波平面成像（EPI）方法進行數據采集，EPI采集對渦流非常敏感，特別是短渦流會造成奈奎斯特偽影。另外渦流隨擴散梯度的變化而變化，從而導致圖像失真（比如圖像收縮和/或整體位移和剪切）。萬東的極凈渦流補償技術可以在全空間和全時間尺度上將渦流盡量減少、減小DTI圖像偽影和失真。
采用全數字光纖射頻技術，讓DTI具有高信噪比，實現高分辨率成像，在1.5T超導系統上可以實現優秀的各向同性體素成像（具有相同尺寸的平面內分辨率和層厚，例如2×2×2.5mm3）。
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采用全數字光纖射頻技術，讓DTI具有高信噪比，實現高分辨率成像，在1.5T超導系統上可以實現優秀的各向同性體素成像（具有相同尺寸的平面內分辨率和層厚，例如2×2×2.5mm3）。
提供優異的35mT/m的梯度場強和媲美3T的175mT/m/ms的梯度切換率，支持EPI采用較短的回波間隔，從而減低對運動的敏感性，降低幾何畸變和圖像模糊的影響。
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提供優異的35mT/m的梯度場強和媲美3T的175mT/m/ms的梯度切換率，支持EPI采用較短的回波間隔，從而減低對運動的敏感性，降低幾何畸變和圖像模糊的影響。
采用相位編碼反轉和場圖校正相結合的全新并行成像采集模式，并配合高通道射頻線圈，能夠消除磁化率偽影和B0場不均勻性帶來的幾何畸變，從而獲得高質量的DTI圖像。在數據處理方面，通過質控及預處理進一步去除圖像中的偽影和噪聲，為可靠的張量估計提供了一致性。
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采用相位編碼反轉和場圖校正相結合的全新并行成像采集模式，并配合高通道射頻線圈，能夠消除磁化率偽影和B0場不均勻性帶來的幾何畸變，從而獲得高質量的DTI圖像。在數據處理方面，通過質控及預處理進一步去除圖像中的偽影和噪聲，為可靠的張量估計提供了一致性。
萬東的DTI數據分析功能可以提供所有的DTI參數指標（圖1），如平均擴散率（MD）或表觀擴散系數（ADC）、指數化表觀擴散系數（eADC）、軸向擴散率（AD）、徑向擴散率（RD）、容積比（VR）、分數各向異性指數（FA）、彩色FA圖等。
萬東DTI數據分析處理后的參數圖：
（a）平均擴散率MD （b）指數化表觀擴散系數eADC （c）軸向擴散率AD （d）分數各向異性指數FA （e）彩色FA圖
DTI最大的挑戰之一是以直觀和易于理解的方式呈現張量信息，最典型的方法是形成三維纖維束追蹤圖，和彩色FA圖中類似，紅色代表從左到右的擴散方向，綠色代表從后到前，藍色代表從下到上擴散。萬東的DTI數據分析功能通過連續跟蹤定義的基于ROIs的特定解剖束來分配纖維，從而實現張量數據在整個大腦的全面探索性可視化。
經過萬東DTI數據分析和處理后的冠狀位、矢狀位、軸狀位的神經纖維束效果
清華大學醫學院生物醫學工程系生物醫學影像研究中心特別研究員，科研方向主要包括高時空分辨率磁共振神經影像技術開發，基于磁共振影像活體組織病理信息定量成像等。
萬東的擴散張量成像技術在1.5T磁共振超導系統上能夠做出高信噪比的圖像，圖像的幾何變形得到了非常好的校正；圖像有很不錯的分辨率，彩色FA中的細節纖維顯示準確、清晰；神經纖維束追蹤的可視化效果非常漂亮。
而這只是開始
1 Soares JM, Marques P, Alves V and Sousa N (2013) A hitchhiker's guide to diffusion tensor imaging. Front. Neurosci. 7:31. doi: 10.3389/fnins.2013.00031
2 Yiping Lu, Xuanxuan Li, Daoying Geng, et al. Cerebral Micro-Structural Changes in COVID-19 Patients -- An MRI-based 3-month Follow-up Study. ECLINICALMEDICINE 25: 100484 (2020).
3 Xiong Y, Li G, Dai E, Wang Y, Zhang Z, Guo H. Distortion correction for high-resolution single-shot EPI DTI using a modified field-mapping method. NMR Biomed. 2019 Sep;32(9):e4124. doi: 10.1002/nbm.4124. Epub 2019 Jul 4. PMID: 31271491.
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