新质生产力—磁共振DTI神经纤维束成像技术
新质生产力的发展将开启新的机遇之门。它将带动产业升级、推动技术创新，创造更多的就业机会和经济增长点。——磁共振DTI技术。
DTI 技术是目前唯一一种可提供活体白质微结构、无创定性和定量信息的 MRI 技术，通过可视化和量化白质纤维束来评估脑组织的微细结构，DTI 不需要任何额外设备、对比剂及化学标记物，就可以显示白质纤维的走向及完整性，且扫描速度较快。DTI 作为一种定量方法，反映了组织的特性，同时可以在患者之间进行比较，可以用来研究整个大脑的白质纤维的特性，从而使其广泛应用于临床和科学研究。DTI技术得到了广泛的研究和临床应用，临床医师越来越意识到MRI新技术的重要性。利用磁共振 DTI 技术获得脑白质纤维的走行方向，自此DTI 技术成为临床诊治脑白质病变的“金标准”。
1、DTI技术在颅脑创伤疾病诊治中的应用
弥漫性轴索损伤是一种由钝性脑损伤引起的创伤性脑损伤，根据格拉斯哥昏迷分级，将颅脑损伤分为轻、中和重 3 个程度。轻度 ：GCS 为 13~15 ；中度 ：GCS 为 9~12 ；重度 ：GCS ≤ 8。
传统的成像技术无法准确识别 ，DTI 技术可直接显示了白质纤维的断裂，利用 DTI技术研究皮质脊髓束 DAI 的恢复过程，对脑损伤患者脑白质损伤进行量化分析，得出了脑白质损伤程度与患者认知障碍的关系。
2、DTI在中风临床预后预测中的应用
中风是指血管原因导致的中枢神经系统急性局灶性损伤引起的神经功能缺损，包括脑梗死、脑出血和蛛网膜下腔出血，是成年人致残和致死的主要原因。DTI可作为预后不良的出血性卒中患者预后的良好预测参数。
3、 DTI技术在脑胶质瘤术前分级诊断中的应用
神经胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤，具有恶性程度高、复发率高、预后差的特点，治疗方式选择不同，则预后不同。DTI参数值常用于神经胶质瘤评估 ，可显示脑白质纤维受压推移情况，彩色 FA 图可显示脑白质受侵、破坏情况。脑功能区肿瘤与周围白质具有复杂的解剖关系，通过压迫推挤、浸润破坏等方式损害临近纤维束，皮质脊髓束是控制人体自主运动的重要纤维束，通过评估皮质脊髓束的完整性可预测患者运动功能恢复的情况。部分累及皮质脊髓束的脑肿瘤患者，肿瘤切除后术前运动功能障碍并未得到明显改善，损伤程度和运动功能障碍具有一定相关性，ＤＴＩ 技术能够很好地分析肿瘤与周边纤维束的复杂解剖关系，通过综合分析诊断参数可提升诊断准确性，对后续治疗方案的制定与改善有重要指导价值，可考虑推广应用。
4、DTI技术在神经退行性疾病诊治中的应用
人口老龄化是神经退行性疾病的主要风险因素，最常见的两种神经退行性疾病是阿尔茨海默病和帕金森病，二者均与脑白质损伤有关。 在轻度认知障碍甚至认知障碍老年人开始出现皮质萎缩和显性痴呆之前，就可以检测到白质损伤。ＤＴＩ技术 可以通过计算扩散张量来提供有关神经纤维方向、程度和连通性的信息，脑白质损伤通常表现为神经纤维的断裂和变形。因 此，ＤＴＩ可 以 提 供 患者脑白质微结构和神经纤维连通性的信息。在神经系统的疾病诊断中，ＤＴＩ技术已经被广泛应用，并 且 在 阿 尔茨海默病和轻度认知障碍的研究中也显示出极大优势。
5、DTI技术在帕金森病的临床应用
帕金森病是一种进展缓慢的神经退行性疾病，通常表现进行性加重的运动迟缓、肌强直、静止性震颤和姿势步态平衡障碍，在我国发病率逐年增高，以每年10万新发病患者的速度增长，已成为继肿瘤、心脑血管疾病之后危害我国中老年人健康的“第三大杀手”。该病影响运动功能和认知。帕金森病主要靠临床诊断，DTI技术可显示乳头体受损，与临床症状具有相关性，该患者两侧皮质脊髓束大多正常。结合其它神经纤维束受损程度，可评价帕金森病患者胼胝体微结构特征及其与认知功能障碍的关系。
6、 DTI技术在其他发育和精神障碍疾病诊治中的应用
自闭症谱系障碍和注意力缺陷/多动障碍的共发生率很高，并且具有非典型的行为特征，包括感觉症状。目前 DTI 研究旨在检查是否以及如何在患有发育障碍的成年人群中观察到白质改变，并确定脑-感觉关系是如何关联或存在不同的，胼胝体的体积和微观结构的变化有助于评估自闭症儿童的潜在病理生理学改变。
7、DTI技术在颈髓的临床应用
DTI技术在脊髓病变中的应用脊髓是中枢神经系统的低级部分，位于椎管内，脊髓的结构也分为白质和灰质。通过 DTI 成像的脊髓束主要局限于颈脊髓水平，DTI 提供的定量信息可以评价脊髓病的严重程度，有助于患者选择早期减压手术。利用术前DTI 参数指标准确预测颈髓减压手术后的神经状态,DTI 作为一种非侵入性、新兴的神经成像技术，已成功用于评价中枢神经系统白质纤维的结构和功能变化。
8、磁共振弥散张力成像在早产儿脑白质损伤及神经发育预后评估中的应用
全球早产儿出生率逐年上升，由于早产儿大脑发育轨迹受到干扰，其脑白质损伤和神经发育不良的风险很高，是造成慢性神经系统发育不良的主要原因，给家庭和社会造成极大负担。脑白质损伤 可引起脑性瘫痪、癫痫、认知障碍、语言及视觉障碍，较常见的是行为和认知障碍，DTI技术能为早产儿脑白质损伤提供更多的诊断及神经发育预后信息，可以直接且可视化新生儿不同时期脑白质及灰质微观结构变化、神经纤维束的分布，是目前唯一能够观察活体组织结构髓鞘发育、成熟及退变的无创性检查方法。因此特别适于早产儿脑发育的观察。
DTI 是一种新的MRI技术，可有效克服上述局限，提高诊断准确性。目前DTI已被广泛运用于研究新生儿脑白质发育及脑损伤研究，为早产儿 WMI 提供有价值的信息,从而更好地评估脑白质发育与神经系统功能。
9、DTI技术在脑小血管疾病的临床应用
随着人口老龄化加剧，与年龄相关的脑小血管病发病率不断升高。通常导致患者认知功能障碍，甚至痴呆，已成为亟待解决的重要公共卫生问题。随着神经影像学技术不断进步，多参数MRI在脑小血管疾病相关认知功能障碍的早期诊断和发病机制探索中发挥着越来越重要的作用。这些技术可无创获得人脑结构、功能、灌注以及代谢等多方面的神经影像学指标，且不同指标间可以相互补充和验证。
10、DTI技术在偏头痛的临床应用
偏头痛是最常见的原发性头痛， 以反复发作的单侧或双侧的中-重度搏动性头疼为特征，是一种常见的中枢神经系统疾病。2016 年全球疾病负担研究表明偏头痛是第二大常见的神经系统失能性疾病。而无先兆偏头痛是偏头痛的常见类型之一， 其主要占偏头痛患者的80%左右。会长期影响患者工作及生活质量，具有显著的致残性，同时也常伴有脑血管疾病、情感障碍等多种严重的合并症。
DTI 的主要研究方法包括基于感兴趣区分析、 基于体素分析、确定及概率纤维追踪、白质结构网络分析等。而基于纤维束示踪空间统计方法是基于体素的脑白质纤维分析方法，对白质的变化更敏感，可发现更广泛的白质纤维异常，以便早期了解偏头痛患者发病的神经病理生理学机制，对偏头痛者进行早诊断、早治疗，以期提高患者生活质量。
11、DTI技术在癫痫中的临床应用
癫痫是一种由于大脑神经元异常放电造成短暂性功能障碍的常见慢性神经系统疾病，据估计，全球癫痫患者超过7000万人。该病在临床上有反复发作、间歇期出现各种共患病的特点，严重影响着患者的身心健康及生活质量。其中，颞叶癫痫是成年人常见的药物难治性癫痫。DTI技术是临床诊断和研究神经组织微观结构的有效成像方法，有助于我们更好地理解许多疾病的神经生理机制。DTI 可以在常规 MRI 显示异常之前识别癫痫患者微结构的变化，能够更好地应用于癫痫及其他各种疾病的诊疗评估中，并进一步开发高度可重复和临床实用的生物标志物，为人类的健康造福。
12、DTI在脑卒中中的应用价值与进展
脑梗塞是一种中老年人常见的脑血管疾病，主要由于颅内血管栓塞或者狭窄，导致脑组织局部血液供应不良，进而病变部位脑组织及局部神经纤维束出现缺血、坏死。DTI作为唯一能无创显示活体内神经纤维束走形及完整性的技术，能够辅助评估神经纤维束受损程度，预测脑梗塞患者预后。其准确性高于通过脑卒中量表评分评估患者预后，神经纤维束损伤越严重，预后越差。早期通过DTI对脑梗塞患者重要脑功能区和白质纤维束完整性进行评估，有利于临床制定治疗方案，早期干预、改善循环，预防或减轻神经系统受损所导致的严重后遗症。
13、 DTI在高血压性脑出血预后评估中的应用价值与进展
高血压性脑出血是一种起病急、致残及致死率高的神经外科常见病，高血压性脑出血最常见的出血部位是基底节区，患者一般预后较差，尤其是神经功能的预后。DTI技术可以显示纤维束的走形及完整性对纤维束的完整性进行量化分析，有助于评估患者神经纤维束受损程度。
14、DTI在儿童脑发育及发育障碍中的研究进展
婴幼儿时期是脑发育的关键时期，此期间各种微小的环境改变都可影响脑白质发育，如：妊娠期糖尿病、高血压、早产及新生儿的缺血缺氧，进而造成脑白质损害、髓鞘发育不良或神经连接异常等，导致中枢神经系统发育迟缓或障碍。DTI通过显示脑白质纤维的分布及纤维髓鞘完整性评价脑白质发育程度，逐渐用于监测胎儿及儿童脑发育。儿出现智力低下、癫痫、脑瘫及认知障碍等不良症状，其原因可能为缺氧缺血性脑病早期缺氧缺血导致神经细胞坏死、神经纤维受损，且后期脑白质髓鞘化不良、轴突生长障碍或数量减少。
15、DTI技术在脑瘫的临床应用
脑性瘫痪一种持续性的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限综合征，它是因为发育中的胚胎或婴儿大脑的非进行性损害而导致的。当前儿童脑性瘫痪的诊断主要依赖于临床表现及相关量表评估，主观性较强，准确性不高。弥散张量成像（DTI）是在弥散加权成像基础上出现的一种磁共振成像技术，是目前唯一能够无创显示活体大脑白质纤维束间的形态结构、联系及病变并进行相关数据分析的磁共振成像技术，能发现常规磁共振难以显示的病变。脑性瘫痪患儿早期已经出现神经纤维束损伤，行DTI检查可对儿童脑性瘫痪进行早期诊断，灵敏性和特异性均较高。脑性瘫痪患儿除运动障碍外，可同时有智力低下、癫痫、听力障碍、语言障碍及情绪异常等合并症，儿童脑性瘫痪合并症的诊断主要依赖相关量表，而DTI相比于量表能无创显示脑白质结构，为其提供相应的脑白质损伤的客观依据，准确性较高。DTI对脑性瘫痪患儿早期大多都有皮质脊髓束的损伤，因此皮质脊髓束的损伤在脑性瘫痪患儿发生相关运动障碍起着至关重要的作用。
16、抑郁障碍患者脑白质的 DTI研究
随着影像技术的发展,抑郁障碍患者脑白质的损害引起人们广泛关注。已有研究表明,抑郁障碍与脑部病变密切相关。连接脑区内部及不同脑区之间构成神经环路的脑白质纤维异常可能与其病理生理学和发病机制有直接关系。通过 DTI技术探索抑郁障碍、焦虑障碍及强迫障碍患者脑白质微结构的改变,有助于深入了解疾病发生、发展机制,为其诊断与治疗提供可靠的影像学依据。
17、DTI在华勒变性的临床应用
华勒变性是一种最常见的原发性脑损伤后继发远隔部位神经元变性，在脑卒中患者中多见，对患者的运动、感觉、语言及智能等造成不同程度的功能障碍。近年来随着功能性MRI技术的发展，磁共振弥散张量成像的临床应用对脑梗死定量研究、神经纤维损伤及判断临床预后等方面有了更深入的研究，可以早期检测到华勒氏变性，为临床医生提供重要的信息，以便对患者进行早期诊断、早期治疗，降低患者致残率、致死率。了解皮质脊髓束受损后华勒氏变性的过程，将有助于改善脑梗死患者的运动功能，提高日常活动和社会生活的能力。虽然常规MRI和弥散加权成像对急性脑梗死可作出早期诊断，但对脑组织神经纤维损伤的评估缺乏特异性。DTI对皮质脊髓束的改变进行研究，为脑梗死定量研究、判断预后提供重要依据DTI不但可以显示华勒变性的微小变化，还可以量化变性的程度。随着DTI技术的发展与进步，将对华勒氏变性的研究得更加深入，进而为临床判断患者预后、评价疗效等方面发挥更大作用。
18、DTI技术在脑机接口的应用
众所周知，计算机视觉研究的主要目标是使计算机能够像人一样对环境进行感知、解释和理解。然而目前的计算机视觉技术与人类的视觉能力相比还差得很远。人类能很容易地将特定目标从复杂场景中分离出来，并对其进行分类和识别，这与人类拥有一套完善的视觉感知和记忆机制密切相关。然而，记忆是如何在人脑中存储和提取的目前仍然是一个谜。DTI技术可知道芯片的精准放置，因此对人类记忆机制进行研究，借鉴其研究成果并将其用于计算机视觉，特别是视觉信息是如何在人脑中表达和存储而在需要时又是怎样提取的具有重要的理论意义和应用价值 。
脑机接口技术已成功用于残疾人假肢控制、盲人复明、机器人控制、瘫痪病人恢复、以及军事和娱乐等领域。在神经科学领域，一个重要的挑战是基于人脑相对不变的结构连接，去探索和研究人脑复杂功能是如何产生的。
19、DTI在促醒昏迷患者的临床应用
植物人是与植物生存状态相似的特殊的人体状态。除保留一些本能性的神经反射和进行物质及能量的代谢能力外，认知能力（包括对自己存在的认知力）已完全丧失，无任何主动活动。又称植质状态、不可逆昏迷。植物人状态神经受损评估，DTI具有很好的优势，可以活体检查，无创，分析原因、判断预后。
20、DTI技术在渐冻症神经受损评估的临床应用
21、DTI技术在中毒性脑病的临床应用
22、DTI技术在动静脉畸形的临床应用
综上所述，鉴于 DTI 技术在评估脑白质病变方面的敏感度，未来将有更大的研究样本量，更高分辨率的 MRI图像，以及使用 3D 深度学习框架的卷积神经网络的新计算模型，并通过结合基于成像生物标志物的序列标记数据和结构域转移学习方法，将此技术更好地应用于临床。