DTI系列之1：Introduction to DTI

Chpter 1-2 扩散属性测量

1. NMR可以从水分子中获取强度信号

a. NMR一般流程：把样本放入磁场中，向其输入能量（激活过程），观测样本中能量的释放情况。类比为摇铃听响。
b. 信号以波的形式存在，包含了三种信息：频率、强度和相位。一般来说，我们探测的都是信号强度信息。
c. “如何用信号强度表示扩散信息”是我们面对的主要问题。

2. 什么是扩散？

a. 定义界定：

i. BULK MOTION：movement of water molecules that are more than a pixel in dimension. 例如扫描过程中被试的头动，见图1A。
ii. FLOW: 一个体素中部分水分子整体单向位移，比如血管中的血液流动。脑中的血管相比组织细胞较少，通常忽略。见图1B。
Diffusion（布朗运动）：自由状态下呈高斯分布的特异性扩散。见图1C。

图1

b. 测量手段：

i. 梯度磁场，见图2
1)目标：用信号强度表征水分子扩散量（扩散常数）。
一般来说，我们能提取的信号强度量受到质子密度、T1和T2弛豫共同影响。

图2

梯度磁场成像特点示意，见图3

图3

ii. 梯度场的功能：根据空间位置信息改变局部信号频率
注意！只能探测梯度方向的位移情况！
由于W = gamma*B0梯度磁场的施加会引起频率变化，从而导致相位变化，过程见图4。

图4

T1的激活脉冲可以使所有质子以同样的频率运动，并在同一时刻相位相同，xy平面上产生一个同频(w)旋转的净磁矩（图上的sum of all signals）。
T2的梯度磁场导致原本相位和频率一致的质子频率异化，产生相位差。这时xy平面上的净磁矩下降。
T3撤除梯度磁场，B0一致，质子再次回到旋转轴旋转频率一致的情况，但相位依旧不一致。xy上的净磁矩小。
T4施加反向梯度的磁场，相位重新一致，净磁矩增大。

我们还可以区分Bulk motion和flow与diffusion。
Diffusion过程中的信号变化情况：由于Diffusion过程中多为局部位移，所以在T3的rephasing之后，产生的信号损失无法完全弥补，如图5所示。

图5

（BULK MOTION因为梯度差一致，所以所有质子都移动相同位置w不变,可以弥补，如图6）

图6