扩散张量成像技术在中枢神经系统的临床应用

DTI是一种无创性MR新技术，应用MR快速成像序列（EPI），做不同矢量方向的信号采集，叠加处理后产生相应方向的信号差，并用灰度阶或伪彩色显示上述不同组织间信号对比而成像，与传统MRI相比是一个全新的领域。DTI在多种组织器官都有应用，但应用最广泛的还是在中枢神经系统，如脑肿瘤、脑的发育、脑白质疾病、缺血性疾病、头部外伤造成的白质束的损害、脑功能性研究以及遗传代谢疾病、感染性和精神分裂等疾病。

（一）颅内肿瘤

由于脑肿瘤可使脑组织的细胞结构和水成分发生变化，包括自由水的增加和组织结构的丧失，及肿瘤间质内细胞外水分子运动的受限，从而可以用DTI来评价肿瘤组织和肿瘤周围脑组织病理改变。还可以直观显示肿瘤与周围的大脑白质纤维的关系，勾画肿瘤的边界，观察肿瘤与白质纤维通道之间的关系，以更好地指导手术。

1.评价肿瘤组织特性及恶性程度　胶质瘤是发生在脑组织的最常见的肿瘤，高级别胶质瘤浸润性生长明显，而低级别胶质瘤浸润性特征不明显，其多不增强，水肿及占位效应不明显。同肿瘤组织和其周围的水肿相比较，正常大脑白质组织表现为低ADC值和高FA的值，这是由于在肿瘤组织和其周围的水肿区域，自由水成分增加（导致高ADC值）和正常组织结构的丢失（导致低FA值）所致。Gauvain等发现肿瘤与正常脑组织的ADC比值和肿瘤级别显著相关，随着肿瘤恶性程度的升高，肿瘤细胞密度或细胞核总面积增加，肿瘤实质的ADC下降。肿瘤组织的FA与细胞构成和血管分布呈正相关。活检病理结果发现，FA值可反映胶质母细胞瘤的细胞密度及增殖活性。由此可见，虽然不同级别肿瘤的FA值均低于正常脑组织，但肿瘤级别越高，FA值越高。

脑膜瘤为较局限的脑外肿瘤，良性脑膜瘤不侵犯脑实质，但可使灰质受压变形，非典型及间变性脑膜瘤易复发、并具侵袭性生长的特性。良性脑膜瘤ADC值较高，往往等于或高于对侧正常脑组织的ADC值；恶性脑膜瘤ADC值较低，等于或低于对侧正常脑组织的ADC值，在DWI上为高信号。虽然良、恶性脑膜瘤ADC值范围有较大的重叠，但ADC值的测定仍然有助于临床良、恶性脑膜瘤的鉴别。良、恶性脑膜瘤水肿区ADC值相近，均表现为ADC值降低，无显著性差异。

脑水肿有沿着白质束和血管间隙扩散的特点，不同部位的白质束对水的扩散有不同的阻挡作用。有研究显示，转移瘤瘤周的平均扩散值较胶质瘤具有显著性升高，而FA无此差别，据此认为平均扩散值可区别转移瘤和胶质瘤。有人将DTI与MR波谱学结合起来，认为更有利于肿瘤性质的诊断。Lu等研究证实，颅内转移瘤周围区的MD明显高于恶性胶质瘤周围区，这可能是颅内转移瘤的周围区水肿程度重于恶性胶质瘤所致。最近的研究发现，Ⅰ~Ⅱ级胶质瘤实质区FA显著低于Ⅲ~Ⅳ级。通过测定MD和ADC可对脑水肿区、增强的肿瘤边缘和正常脑组织进行较为明确的定位，肿瘤实质增强区ADC或肿瘤实质区FA的高低有助于评估肿瘤的恶性程度，而测定瘤周区MD则有助于鉴别恶性程度较高的胶质瘤和颅内转移瘤。

2.肿瘤术前评价 脑肿瘤、血管畸形以及癫灶切除术前均须了解病灶周围的重要脑功能区以及白质结构，DTI可在体观察纤维束方向性及完整性的变化，对避免术中损伤纤维束起到了指导作用。研究显示，在神经外科导航系统引导下进行脑肿瘤附近重要白质纤维束的实时示踪成像，有助于神经外科医师实时观察白质纤维束的术中状况，因为肿瘤切除过程中白质纤维束的移位可达1cm以上，实时观察其变化情况可能避免相应的神经损伤。

有作者认为ADC值可以区分肿瘤坏死区、瘤周水肿区、肿瘤实质区以及正常脑组织。Brunberg等对40例脑胶质瘤分析后发现ADC值从高到低的成分为：囊变或坏死、血管源性水肿、非强化肿瘤实性成分、强化肿瘤实性成分。FA及RA值可将正常脑组织与肿瘤实质区、瘤内囊变坏死区、瘤周水肿区分开，但不能将肿瘤实质区、瘤内囊变坏死区、瘤周、水肿区相互区分开。FA值正常脑白质最高，而肿瘤内部坏死区的最低，在水肿区和肿瘤强化区对比FA值变化不明显。

DTI能清楚地显示瘤周白质的异常位置，计算出其偏移角度，更能显示出远距离白质束因占位效应所致的位置异常，显示了其在肿瘤瘤体与周围组织关系应用中的巨大价值，是其他成像手段无法完成的。DTI的这些特点，可为肿瘤的术前计划、术后处理和评估提供重要的指导作用。Smits等联合应用DTI与BOLD成像，通过影像融合和重建，成功观察到患者手、足皮质脊髓束及其被肿瘤推挤和破坏的程度，明确了功能皮质、白质纤维束与病灶的三维功能解剖关系，为制定手术方案提供更加全面的信息。但DTI因肿瘤侵犯白质纤维束致其破坏，或因血管源性水肿，有可能使体素内的扩散各向异性部分或完全丧失，其结果是体素内丧失了优势扩散方向或完全显示为扩散各向同性，从而无法继续正确示踪白质纤维束方向，这是在解释白质纤维束示踪结果时需注意的一个问题。

3.DTT导航手术　Nmisky等将DTT影像与导航影像融合，使术中对主要白质纤维束如锥体束和视放射的导航成为可能，避免了术中过度切除而引起术后严重的神经功能缺损。吴劲松等将DTT应用于胶质瘤的神经导航手术中，肿瘤全切率明显大于对照组，术后致残率、Karnofsky预后评分及住院时间等方面均优于传统导航手术。

4.判断肿瘤对治疗的反应及评估预后　动物模型和人体研究提示DTI对肿瘤治疗反应是敏感的，治疗中ADC值早期升高可能与治疗导致的细胞坏死有关，继发降低提示肿瘤再生Price等将胶质瘤复发的DTI特征归为三种：各向同性在各个方向均高于各向异性，提示肿瘤复发并伴随体积的增大；各向同性在某个方向高于各向异性，提示肿瘤在此方向复发；各方向均无上述异常，提示肿瘤未复发。Kashmiura等比较了放疗后2例肿瘤复发和1例放射性坏死患者DTI特点，发现后者FA值明显低于前者，认为根据FA值可鉴别肿瘤复发与放射性坏死。其原因可能为放射性坏死组织内无正常纤维或细胞结构，使水分子扩散的方向性下降。

（二）脑先天发育畸形

1.脑发育示踪研究 脑发育过程很复杂，DTI可以提供正常脑组织发育相关信息。Zhang等动物实验研究采用DTI观察小鼠胚胎时期脑发育的三维结构信息，研究显示小鼠胚胎早期脑结构主要包括神经上皮（neuroepi thelium，NE）、神经元分化区（differentiating fie，DFs）及皮质板（corticalplate，CP）。在胚胎期第12天（E12），端脑、间脑及脊髓已经显示出较高各向异性。此时端脑、间脑由NE及DFs组成，其中NE的FA值高，DFs的FA值稍低。DTI提示小鼠脑皮质灰—白质的转化发生在第12～18天（E12～E18），在E12时只有NE显示出高的各向异性，到E13~E14时φ和中央带（ intermediate zone， IZ）也显示高的各向异性，到E17时IZ的皮质轴突束延伸形成胼胝体；研究同时观察了小鼠轴突发育。在E15时视交叉是惟一一个穿过中线的纤维联合，E16时海马、前联合穿过中线，到E17-E18前联合、海马体积增大，同时部分胼胝体出现。该研究还观察敲除神经生长因子-1 （Netrin-1小鼠脑组织结构表型），不仅主要纤维联合（海马及胼胝体）消失，几个主要灰质结构也缺失。K•H•Bockhorst等用DTI研究出生后大鼠脑发育影像。发现大鼠出生后21d CP与胼胝体体部FA值明显下降；出生后22～56d，胼胝体FA值转而增加，研究还发现出生后0～56d灰质、海马、尾状核、皮质被盖区FA值无明显改变。

临床研究表明，脑组织的ADC值和扩散各向异性指数随着年龄增长而发生有规律地变化。新生儿的脑组织ADC值明显高于成年人，而FA值明显低于成年人。在儿童，白质的ADC值明显高于灰质。半卵圆中心的ADC接近2.0×10-3mm2/s，随着年龄的增长，ADC值下降直到达到成年人的0.7×10-3mm2/s，而各向异性指数上升。ADC值的变化主要发生在婴儿出生最初的6个月，这个变化被认为和脑组织水容量的下降、神经轴索髓鞘的形成、白质纤维结构成型有关，这些因素都降低了平均扩散率。在大脑不同的区域都能发现这种现象，ADC值随年龄增长而变化。

2.神经管闭合畸形

（1）胼胝体发育异常（dysgenesis of the corpuscallosum，DCC）：完全性胼胝体缺如患者从大脑半球来的纤维束不能在中线部位交叉，DTI-FT图示大脑半球纤维束未通过中线，而形成增厚的前后走向的纤维束（即Probst纤维束），伴前联合增厚，其他白质束未见与正常脑显著不同。

磁共振DTI和FT技术显示胼胝体部分残存或发育不良患者，其纤维束大量地连接预期中的神经皮质区域；胼胝体部分残存或发育不良的纤维束成像类似正常；胼胝体不完全患者至少形成2种长的异常纤维束，即Probst束和非对称的异常束，Probst束是同侧U形连接，而乙状的异常束是异位的长联合纤维束，研究提示当人类脑发育中出现阻碍胼胝体纤维束交叉至中线的因素时，会保存某些异常的纤维束（如彼此邻近的纤维束），但其他的纤维束会明显改变，导致大量异常白质纤维束形成。胼胝体部分缺如显示胼胝体连接的多样性，包括大量健康人中缺乏的异位的纤维束。

遗传性痉挛性下身偏瘫伴变薄的胼胝体的患者通常显示上运动神经元征象，但皮质脊髓束的大体形态在FT图上正常，在DTI和FT图上显示通过胼胝体前部的纤维束减少。Chen等研究2例HSP-TCC患者，已知的病变区（包括胼胝体、小脑和丘脑）和常规MRI显示正常的区域（如脑干、内囊、扣带回和包括上纵束和下纵束的皮质下白质）均显示MD值显著升高，FA值显著降低。

（2）小脑扁桃体延髓联合畸形（Chiari malformation）：近年来DTI对Chiari畸形的研究主要在ChiariⅡ畸形异常纤维束的纤维束成像上。13例脊髓脊膜膨出伴ChiariⅡ畸形儿童DTI和FT图示患者边缘束的异常较普遍。应用DTI研究38例脊髓脊膜膨出伴脑积水儿童（37例存在ChiariⅡ畸形），双侧4个主要联络纤维（弓状束、下纵束、额枕下束和钩束）示脊髓脊膜膨出儿童联络纤维束发育异常特性（纤维束未显示或显示差，FA值降低，MD增高）。这种白质发育异常随年龄增长持续退化。ChiariⅡ畸形常伴发脑积水，多数患者伴胼胝体的异常。6例伴胼胝体发育不良的ChiariⅡ患者DTI研究示除胼胝体膝部外其余胼胝体FA值显著降低，可能反映了纤维束密度降低。ChiariⅡ畸形常伴发的脑积水并不能单独解释发生FA值降低，这些患儿中可能存在原发的发育异常。

3.前脑无裂畸形 DTI评估13例前脑无裂畸形儿童脑干白质纤维束（受累最轻的部位），2例无脑叶前脑无裂畸形患儿缺乏双侧皮质脊髓束，其余患儿中除1例半脑叶前脑无裂畸形患儿在延髓水平处皮质脊髓束不能辨认外，其余患儿双侧皮质脊髓束均存在。锥体束未延伸至脑干进入脊髓，内侧丘系未分裂。1例半脑叶型前脑无裂新生儿的DTI和FT示额枕束横穿过腹侧的中线而连续，插入在融合的尾状核和发育不良的穹隆间。这些发现在常规MRI上不明显，应用DTI能较常规MRI提供更多的信息。

4.神经元移行异常 神经元移行异常包括：无脑回畸形、巨脑回畸形、脑裂畸形、灰质异位、多小脑回畸形、半巨脑畸形。

（1）无脑回畸形（agyria，lissencephaly）或巨脑回畸形（pachygyria）：DTI在无脑回或巨脑回畸形的研究目前仅见个例报道。Rollins等应用DTI研究1例无脑回新生儿显示发育不良皮质各向异性分数增高，皮质、深部白质间缺乏连接，边缘系统异常。

（2）脑裂畸形（schizencephaly）：有报道示脑裂畸形周围存在异常的横行纤维束，并似乎与上纵束相连续，可能是被脑裂推移的部分上纵束。Lim等应用DTI显示1例双侧额叶脑裂畸形和皮质下灰质异位病例扣带回缩短并变形，扣带回下的胼胝体变薄，上纵束发育不良，被脑裂推移。

（3）灰质异位（heterotopia）：与正常皮质相比，白质中呈结节状或带状的异位灰质示FA值显著增高。FT图清晰显示某些带状灰质异位病例深部白质和皮质间连接的缺乏。组织学和胚胎发生学机制（即在白质束内的异位灰质组织和神经元移行的放射状生长方式）可能导致了异位灰质各向异性的增高，异位灰质行走中白质部分容积效应同样可能是部分结节状灰质异位各向异性增高的原因之一。DTI还可应用于术前对视觉通路的定位中。Stefan等成功应用DTI于1例12岁脑室周围结节状灰质异位的病人的术前定位视觉通路，术后视觉区保存。

（4）多小脑回畸形（polymicrogyria）： 多小脑回畸形与巨脑回畸形很相似，表现为病变处皮质增厚，脑回变浅，增厚皮质向深部折叠成皮质裂。镜下由比正常皮质薄的4层结构构成。研究显示多小脑回畸形的患者存在白质纤维束的改变，异常皮质邻近的皮质下白质FA降低、MD增高。常规MRI不能显示多小脑回畸形广泛的脑组织改变，在手术治疗时要考虑到其广泛的异常。

（5）半巨脑畸形（hemimegalencephaly）：又称单侧巨脑畸形（unilateral megalencephaly），可为单侧脑结构（大脑半球、同侧脑干、小脑半球）均增大，更常见为单侧大脑半球的全部或部分错构瘤样过度增长。半球内或半球间走向的异常正中矢状纤维束在半巨脑畸形的纤维束成像图中较常见。Sato等应用DTI研究20例中7例半巨脑畸形患者，7例中4例存在异常正中矢状纤维，连接额叶/枕叶或顶叶，其中3例双侧，1例同侧。DTI上可应用于术后纤维束的评估上，Mori等应用DTI研究1例难治性癫的半巨脑女婴功能性半脑切除术前和术后缩短的神经纤维变化。术后，截断的锥体束各向异性相对未受累侧降低，这反映了神经纤维继发性的变性。

5.颅后窝畸形 目前DTI在颅后窝畸形的研究主要集中在Joubert综合征。Joubert综合征是颅后窝畸形的一个亚型，包括小脑蚓部发育不良、小脑-脑干和小脑皮质连接的紊乱。MRI显示典型的小脑上脚的“磨牙征”和小脑蚓部部分或完全的缺如。DTI和FT图显示小脑上脚增厚和伸长呈水平状，小脑上脚交叉缺乏，皮质脊髓束交叉缺乏，小脑核团位置偏外。3例Joubert综合征患者的DTI和FT检查均显示增厚的小脑上脚和运动前与运动皮质的连接，提示在Joubert综合征患者存在小脑至大脑皮质的某些修正的连接。菱脑联合畸形为少见的颅后窝畸形，与Joubert综合征不一样，其特征为两侧小脑半球融合和小脑蚓部缺如，因而两侧小脑半球之间无“中线裂”存在。Widjaja等对1例菱脑连合畸形DTI研究小脑中部见垂直走向的纤维束，小脑深部核团的位置位于中间。

6.神经皮肤综合征

（1）结节性硬化症（tuberous sclerosis，TS）：DTI能提供结节性硬化患者皮质结节、异常白质和白质病变周围的重要信息，患者正常表现的白质内存在隐蔽的损伤。应用DTI研究结节性硬化显示皮质结节ADC值较对照组相应皮质区高，结节下白质的ADC值升高，与患者对侧表现正常的白质和对照组比，白质病变区和白质病变周围区的ADC值较高，FA值较低。结节性硬化的正常表现的白质区的DTI研究意见尚不一致，2项研究认为与对照组相比，其MD增高而FA降低，DTI显示的轴突微观结构改变可能与已知的结节性硬化胶质增生和髓鞘化异常的巨细胞髓磷脂包裹改变有关。

（2）脑颜面血管瘤综合征（encephalotrigeminal angiomatosis）：DTI能客观评估不同时期SWS儿童的白质微观结构异常，能通过评估髓鞘化有助于早期诊断SWI。Juhász等应用DTI研究13例单侧Sturge-Weber综合征儿童，DTI示PET所示低代谢皮质和邻近有侧支静脉的白质存在异常水分子扩散，白质微观损害延伸超过皮质异常并可能与认知障碍有关。Sivaswamy等应用FT研究16例累及单侧的Sturge-Weber综合征儿童。与正常侧相比，受累侧大脑的皮质脊髓束的FA值降低，ADC值增高。Moritani等应用DTI研究1例出生7d的Sturge-Weber综合征新生儿，显示皮质下白质区T2WI异常低信号区与DTI上FA增高和ADC降低区域（可能代表了患儿异常的过度髓鞘化）一致。DTI的FA和ADC图能清晰显示邻近柔脑膜多发血管瘤异常过度髓鞘化白质的范围。

（3）神经纤维瘤病（neurofi bromatosis，NF）：研究显示ADC值能定量鉴别神经纤维瘤病Ⅰ型儿童患者正常表现和异常表现脑实质，并能鉴别患者正常表现脑实质与健康对照组脑实质。Van Engelen等研究50例神经纤维瘤Ⅰ型儿童T2WI高信号病变的DTI，大部分区域FA值较正常表现区域无显著差异，但ADC值较正常表现部位高，且正常表现部位ADC值较对照组高，显示神经纤维瘤病Ⅰ型脑实质内存在轻微的病理损伤。

（三）脑白质病变

DTI对脑白质病变的显示较传统MR影像更敏感。大量研究显示，DTI能早期显示多发性硬化、阿尔茨海默病、脑卒中、弥漫性轴索损伤及脑室周围白质软化等的脑白质改变，提示DTI是上述疾病早期诊断和治疗随访的有效手段之一。40岁以上个体脑白质的平均扩散率增高，而各向异性值降低。因此在利用DTI研究脑白质病变时应考虑这些因素的影响。

1.多发性硬化（multiple sclerosis，MS） MS具有多种形式的DWI、ADC和FA信号变化。在急性期有增强的斑块，由于血管源性水肿、脱髓鞘、轴索脱失，扩散明显增加；在慢性期无强化的斑块，组织丢失增加了平均扩散值，同时神经胶质增生和轻度炎性反应使扩散降低。因此，FA在急性期的斑块中要低于慢性期的斑块，而且在急性期和慢性期的鉴别中更加精确。但在超急性期，再髓鞘化、炎细胞浸润和髓鞘崩解产物可导致扩散减低。在白质MR表现正常的多发性硬化患者中，存在微弱的组织学变化，如弥漫的星形细胞增生，斑片状水肿，血管周围炎性浸润，胶质增生，髓鞘异常变薄及轴索脱失等，故有较高的ADC值。FA图中FA值降低的范围要比传统MR序列所见的异常信号的范围更加广泛。因此DTI方法可以用于检测常规MRI扫描显示正常脑白质的损伤程度。

2.脑白质营养不良（leukodystropies） DTI可以很好地评价髓鞘发育不良或脱髓鞘的疾病。在白质受累的区域ADC和FA都有显著异常，病变的核心和周边部位的ADC和FA也有一定的差别，其变化与病理组织学相一致。

3.沃勒变性（Wallerian degeneration，WD） 是指继发于邻近轴突损伤或细胞死亡的神经纤维的脂肪变性，常继发于同侧颅脑损伤的皮质纤维束的变性。DTI对于WD的诊断较T2WI更加敏感。弥散各向异性在原发病变和继发WD均降低，然而ADC值在WD仅轻度升高，而在原发病变则明显升高。因此ADC值有望用于鉴别沃勒变性与其原发病变

4.阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD） AD是大脑最常见的变性病，是成年人痴呆的一个主要原因，传统MR表现为颞叶前部和海马区的萎缩和异常高信号，但其对早期发现AD病的敏感性和特异性不高。在轻度或早期AD，颞叶脑白质的FA值可以有明显降低，并与临床的严重程度密切相关。颞叶脑白质早期的轴索膜或髓鞘破坏和脱失造成纤维密度降低，被认为是FA降低的可能原因。海马体的ADC值变化未见显著性差异。有学者对16例正常志愿者和14例轻度Alzheimer患者进行了扩散张量成像扫描，测量双侧杏仁核、海马头和丘脑的ADC和FA值并对结果进行统计学比较。对照组和AD组的双侧海马头部的ADC值均存在显著性差异（P＜0.01），而FA值无显著性差异；对照组和AD组的双侧杏仁核的ADC值之间无显著性差异，右侧杏仁核的FA值在对照组和AD组之间存在显著性差异；双侧丘脑的ADC和FA值都没有显著性差异认为扩散张量成像能发现轻度AD患者双侧海马头部扩散系数的异常，从而探测到组织结构间隙的变化。

（四）神经变性疾病

1.阿尔茨海默病 AD是以进行性智能减退为特征的中枢神经系统变性疾病，是引起老年痴呆最常见病因。AD的病变最初始于内嗅皮质，并逐渐扩展至海马、颞叶皮质，再到后顶区，以及不同程度地到达额叶皮质。神经病理学特征为老年斑和神经纤维缠结，最终导致神经细胞丧失，包括灰质（树突）和白质（轴突）的丧失萎缩。可见AD病变不仅灰质受累，白质亦受影响，而白质的病理学改变与AD密切相关。DTI技术是目前惟一活体无创性显示白质纤维束一致性、完整性的功能性影像学方法，为AD白质病变的研究开辟了新的领域。

DTI技术可评估AD白质损害的范围及其与认知功能障碍的关系。Takahashl等用3．0 T MRI进行DTI成像来研究AD，发现颞叶皮质下白质、胼胝体压部及前后扣带束的FA值均较正常人有显著降低。Yasmin及Bozzali等发现AD相关脑白质微结构改变并非一致性分布，而是选择性地累及与相关皮质有联系的脑白质区（扣带束、胼胝体、颞叶、顶叶及额叶）其他白质区域相对完整。AD病人脑后部及中部白质选择性受累的特点与AD的病理学分布特点及脑内白质纤维的相互联系有关。研究还发现，AD受累白质FA值及ADC值与神经心理学测试有较好的相关性，提示白质神经纤维束的连接完整性丧失可以造成AD病人的记忆和认知功能下降。

DTI技术有助于AD的早期诊断并准确评估病情的进展。早期诊断AD有助于临床早期干预治疗，提高患者的生存质量，一直是临床及影像学研究关注的热点。Naggara等研究发现，轻度及早期AD患者颞叶白质的FA值较正常组相比显著减低，并且FA值的减低和疾病临床严重程度密切相关。颞叶白质接受主要从内嗅皮质、海马和杏仁核传出的神经纤维，所以AD早期最先受累，病变也最严重。而Fellgiebel及Nakata等研究发现，早期AD患者扣带束存在异常，以后扣带束为著，其FA值明显低于正常组。后扣带束主要连接海马及扣带回皮质，被认为是与记忆相关的重要神经基质，属于胆碱能系统一部分，而AD病人胆碱能系统是容易受累及。后扣带束的FA减低反映了皮质认知系统对胆碱能传导通路受损的易感性增高，与其他部位相比较，推测后扣带束可能是AD最早累及的区域。Ding 等对不同程度AD病人后扣带束行DTI研究得出，轻度AD组左侧后扣带束FA值较正常组明显降低（P＜0.01），而中重度AD组两侧后扣带束FA值较轻度AD组及正常组均明显降低（P＜0.01）；中重度组两侧后扣带束ADC值则较轻度组、正常组的ADC值明显升高（P＜0.05）。FA降低的主要原因为，由于B淀粉样蛋白沉积、老年斑形成，造成轴突及髓鞘损伤以及神经纤维减少，使水分子弥散运动和各向异性均受限制；而ADC值升高可能继发于神经元丧失后组织间隙增加，以及轴突纤维的华勒变性造成的细胞外液增多，使组织内水分子运动加剧所致。通过测量ADC和FA值可以用于准确评估AD的病理进程与病情的进展，指导临床治疗及监测疗效。

2.肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS） ALS是一种常见的以脑和脊髓中选择性上和（或）下运动神经元损害、皮质脊髓束（cortical spinal tract，CST）变性为特征的神经系统变性疾病。ALS病人下运动神经元损害的证据临床上容易获得，而上运动神经元是否受累及受累的程度则缺乏客观指标，尤其是在疾病的早期。DTI能无创评价脑白质纤维束完整性，为ALS上运动神经元病变的研究提供了巨大的空间。

DTI可显示上CST变性的范围和严重程度，有助于ALS的早期诊断。CST是连接大脑运动神经皮质、脑干和脊髓之间最主要的下行白质纤维束，CST的变性是ALS患者上运动神经元受累的间接评价指标。Ellis等研究发现，ALS患者CST在早期即发生变化，即使T2WI尚未显示高信号，DTI可发现内囊后肢FA值降低、ADC升高。Graham等研究发现，ALS患者内囊后肢FA值的降低程度和上运动神经元功能缺失有相关性，在人为确定FA阈值情况下诊断的敏感性为95%，特异性为71%。Miriam等对25名ALS患者进行了DTI研究，其中有4名在研究进行时无上运动神经元受累的临床表现，但在其病程后期出现了锥体束体征。研究还发现，与正常对照相较，该25名患者CST、胼胝体、丘脑处FA值均降低。这表明早在ALS患者出现明显的上运动神经元受累临床体征以前，DTI便可发现其CST的早期损害，有助于ALS的早期诊断。

DTI有助于对ALS病程发展进行客观评价。Ellis及Agostaa等研究DTI时发现，与正常对照组比较，ALS患者双侧CST的FA值明显减低，ADC值明显升高，并证实FA与病情严重程度相关，ADC则与病程长短相关。内囊后肢3/4是皮质脊髓束下行纤维密集的地方，在正常人体该区域，水分子有较高的各向异性。FA的降低表明该区域限制水分子自由运动的屏障遭到破坏，这与病理学观察到的该区域“轴突变性、髓鞘苍白”相符合。ADC值增大反映了继发于轴突脱失而引起的细胞外间隙扩大。DTI可以通过检测ALS患者脑内FA值及ADC值的变化来反映ALS患者脑内神经元变性或缺失的病理变化，帮助确定上运动神经元的受累情况。Hong等研究发现，大脑脚处FA在病人和正常人群之间存在显著性差异，FA的降低与神经元变性所致的体征严重程度有显著的负相关。Karisborg等对ALS患者CST的3个不同水平（放射冠、内囊、脑桥）的DTI改变进行研究，发现ALS患者内囊处ADC值明显增加，脑桥处ADC值虽也有所增加，但未达到统计学差异，放射冠处ADC值则无明显改变。脑桥处FA值明显降低，内囊处FA值仅有降低趋势，而放射冠处则无明显改变。因此，他们认为ALS的发病与轴索的退行性变性有关。当病变累及白质传导束的轴索和（或）髓鞘时，受累区域的异性分数（FA）会有不同程度降低，而表观弥散系数（ADC）会有不同程度增大。FA减低和疾病的严重程度有关，ADC和疾病的持续时间有关。因此认为FA的变化可能是ALS的早期提示，ADC的变化显示慢性的过程，提示有神经元的丢失。Wang等对16名有上运动神经元受累的ALS患者行DTI容积分析发现，ALS患者双侧CST的纤维束稀少，体积较正常对照组明显减小，提示容积分析可更直观、客观、定量地显示ALS的轴索变性。

（五）缺血性脑病（脑梗死）

DTI可提供梗死区微观结构的变化，有助于脑梗死的早期诊断及准确病程分期。FA值及ADC值是DTI最特异的测量指标，其在脑梗死不同时期内的演变规律为：在超早期（<6h），ADC值减小，FA值正常或升高；急性期（6~24h），ADC值减低，FA值减低；亚急性期（1~19d），ADC值由减低逐渐升高，可接近正常而呈现假阴性，FA值减低；慢性期，ADC值升高，FA值减低。在超急性期、急性期，梗死脑组织处于细胞毒性水肿期，细胞肿胀，细胞外间隙明显缩小，水分子扩散严重障碍，所以反映扩散程度的ADC值明显减低。在亚急性期，血脑屏障破坏，细胞毒性水肿逐渐演变为血管源性水肿，血管内皮细胞损伤，细胞膜完整性破坏，大分子物质及水分子外渗出细胞外间隙成为游离水，组织含水量较前增加，水分子扩散程度逐渐增大，ADC值逐渐恢复，出现“假正常化”。随着组织细胞结构完整性的丧失（细胞膜破坏、细胞溶解），脑组织的各向异性减低，故慢性期ADC升高。而FA值在超急性期升高的原因各家观点不一，可能的原因为：细胞毒性水肿使水分子从细胞外向细胞内转移，细胞肿大，细胞膜向外弯曲度增加，白质纤维束间的空间减少，增加了水分子沿垂直于髓鞘方向的扩散限制，导致扩散的各向异性程度增加，FA值升高。但随着病程进展，纤维束髓鞘微细结构发生变化，会逐渐降低水分子位移在垂直于髓鞘方向的扩散的限制，最终导致水在沿着纤维束方向也不容易自由弥散，表现为弥散的各向异性程度的降低，FA值会降低。在晚期，髓鞘的逐渐脱失，轴突崩解，坏死组织液化，以及胶质增生，导致纤维束的完整性的破坏，故而FA值进行性降低。研究还证实，FA值及ADC值与脑梗死的病程分期具有明显的相关性，FA值与病程分期呈明显负相关，ADC值与病程分期间呈明显正相关。可见ADC值与FA值可准确反映梗死区的病理生理变化，为临床及影像学诊断及分期提供客观准确的依据。

DTI可显示梗死灶远隔部位白质纤维的继发改变，有利于评估神经功能的恢复及判断预后。Werring等对5例大脑中动脉供血区脑梗死后2～6个月的患者行DTI研究，观察梗死灶、皮质脊髓束沿线结构（内囊、大脑脚和脑桥）以及对侧相应部位的FA及ADC值的变化情况。结果发现，患者内囊、大脑脚和脑桥处皮质脊髓束的总体ADC增高，而FA降低。Thomalla等对9例发病2~16d的亚急性期脑梗死的患者行DTI研究发现，患侧大脑脚的FA值较其健侧及正常健康组FA值明显减低，且FA值减低与患者的运动功能缺失呈正相关（FA值越低则变性程度越重，神经运动功能恢复就越差）。Lie等观察了15例腔隙性梗死3～7d的患者，并将皮质脊髓束受损程度与临床症状相联系，发现那些皮质脊髓束受损严重的患者，临床症状较重，而且恢复不好，而那些皮质脊髓束受累较少的患者，临床症状较轻，恢复较好。 Puig等对60例大脑中动脉供血区脑梗死的患者在发病12h、3d、30d分别进行DTI检查，发现只有发病后30d时患侧皮质脊髓束的FA值较健侧FA值相差显著（P＜0.01），而其rFA值（rFA=FA患侧//FA健侧）与患者的运动功能缺失呈正相关（P＜0.01，r＝–0.793）；若以rFA＜0.925作为阈值，则诊断患者运动功能缺失的敏感度，特异度，阳性预测值及阴性预测值分别为95.2%、94.9%、90.9%和 97.4%。指出扩散张量成像可用于判断梗死的预后。