1 什么是時間彌散譜成像（temporal diffusion spectroscopy，TDS）

時間彌散譜成像（temporal diffusion spectroscopy，TDS）一般利用震蕩梯度波形得到，該種成像方式可以得到與細胞速率相關(guān)的各種各樣的彌散普成分，而這種速率與水分子在彌散的過程中經(jīng)歷的各種各樣的微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)。通過對不同的彌散梯度頻率下的譜線進行測量，可以揭示水分子在不同的尺寸上彌散受限或者受阻礙的信息，這種彌散譜不同于常規(guī)用在固定的彌散時間的描述空間頻率的彌散譜，譜線的不同形狀揭示了在不同的細胞尺寸上水分子的受限信息。實驗表明，震蕩梯度的頻率在中等頻率的時候更有助于研究短距離的彌散受限的情況，所反映的一般是組織內(nèi)部尺寸，一般會小于細胞尺寸[a]。TDS的采集方式可以分為利用OGSE序列采集到的較短彌散時間的圖像和常規(guī)PGSE序列采集到的彌散時間較長的圖像，前者具有對細胞內(nèi)高頻成分較高的敏感性。因此，通過擬合OGSE和PGSE相結(jié)合的序列采集到的圖像，可以實現(xiàn)對實質(zhì)器官的組織的微結(jié)構(gòu)（例如：細胞尺寸、細胞密度）進行測量。

?? 根據(jù)彌散時間依賴ADC值（tdiff）和組織微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，學者們提出了單室模型和一般雙室模型。前者適合由于物理模型過于簡單，所以它可以提供細胞尺寸的變化，但是測量的細胞的尺寸與細胞的真實尺寸并不相等，常用在腫瘤療效的評估中。一般多室模型把生物組織的彌散信號的衰減信號歸于三種主要的成分：細胞內(nèi)的受限組織、細胞外血管外間隙彌散受阻區(qū)域、血液的失相位，理論上它更加符合組織的實際信號衰減情況，但是直接利用該模型進行擬合也會帶來參數(shù)誤差較大的問題。

2 IMPULSED (imaging microstructural parameters using limited spectrally edited

diffusion)

細胞尺寸和形狀的多樣性使得建模變得更加復雜。為了在簡化問題同時保留重要的微結(jié)構(gòu)信息，很多研究把細胞假想為一個空心球，利用細胞容積權(quán)重的球形直徑dvw代表細胞尺寸 [b]。還有一些其它的物理假設(shè)，把細胞假想為不同的幾何形狀，例如兩個平面、圓柱、球體等，其解析表達式把dMRI信號和序列參數(shù)、潛在的生物組織特性，采集序列，例如是否是PGSE采集[c]、具有正弦、余弦波形的OGSE采集，方形和通常的梯形正弦波形的OGSE波形采集方式[d]等聯(lián)系在一起，在對人的研究中，梯形余弦波形也是常用的采集方式[b]。之前的一些研究證實，在得到與細胞容積相匹配的球形尺寸的時候球形細胞較非球形細胞具有更高的效率[17]，因此本研究中我們所采用的數(shù)學模型如下：

其中，Sin表示映細胞內(nèi)的微環(huán)境的彌散加權(quán)信號。因為在對于人進行的研究中，tdiff>5 ms，通常無法區(qū)別細胞內(nèi)的細胞器的尺寸[58]，在這種條件下，細胞可以認識是由細胞膜分割，內(nèi)部信號均勻，具有單一細胞內(nèi)彌散系數(shù)Din?的一種組成。βex?在f?達到150Hz的時候可以進行可靠的擬合，而在臨床常規(guī)的50HZ成像中，是無法擬合的。因此，在通常的臨床MR掃描儀上，為了提高擬合的精度，通常假設(shè)平均細胞外彌散率Dex是一個常數(shù)[b]。此外，基于IMPULSED模型還可以擬合得到其它參數(shù)，例如表觀三維細胞密度，也可以通過式子 來計算得到[13]。

a: Gore JC, Xu J, Colvin DC, Yankeelov TE, Parsons EC, Does MD. Characterization of tissue structure at varying length scales using temporal diffusion spectroscopy. NMR Biomed 2010;23(7):745–56.

b: Xu J, Jiang X, Li H, Arlinghaus LR, McKinley ET, Devan SP, et al. Magnetic resonance imaging of mean cell size in human breast tumors. Magn Reson Med 2020;83(6):2002–14.

c: Neuman CH. Spin-echo of spins diffusing in a bounded medium. J Chem Phys 1974;60(11):4508–11.

d: Ianus A, Siow B, Drobnjak I, Zhang H, Alexander DC. Gaussian phase distribution

approximations for oscillating gradient spin echo diffusion MRI. J Magn Reason 2013;227:25–34.

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的时间弥散谱成像和IMPULSED的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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