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各向异性松质骨弹性性能有限元分析
骨质疏松会导致松质骨细化从而降低松质骨力学性能.为了评估椎体松质骨的力学特性,文中采用有限元参数化建模,利用十四面体模型模拟棒状小梁骨的微结构,对各向异性松质骨的弹性性能进行了计算分析.通过控制输入参数Tb.Th、Tb.Sp 、E0模拟不同骨质疏松程度的松质骨.计算结果表明,松质骨模量与骨体积分数呈平方律关系;随着各向异性比的增加,松质骨纵、横向模量间的比值呈线性增加,而横向两个模量保持基本一致.结果说明该微结构模型较好地反映了松质骨的横观各向同性性质,并能较好地反映受载松质骨的应力分布.
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基于有限元方法的 theta 节律能量与导电媒质关系的研究
目的：在认知功能研究中，与认知有很大关系的 theta（4~12 Hz）节律的能量分析受到很多关注，该仿真研究了一个脑区 theta 能量与组织电特性的关系以深入了解 theta 能量所表达的物理意义。方法文章利用了 COMSOL Multiphysics（FEMLAB）所提供的有限元方法（ finite element method，FEM）仿真了正弦振荡（4~8 Hz）的偶极子电流所形成的场电位（ field potential，FP），分析了 theta 能量随导电媒质电导率特性变化的规律。结果（1）Theta 能量可随电导率的增大而减小，但随着各向异性的增强却没有下降。（2）与各向同性媒质对照，各向异性媒质的能量有变大可能。（3）偶极子电流的振幅和频率都对 theta 能量有影响。结论 Theta 能量与导电媒质的特性和偶极子电流的特性均有关。
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脑梗死后运动功能恢复机制的弥散磁共振成像研究进展
脑梗死是导致成人瘫痪的主要原因之一，而运动功能障碍则是脑梗死引起的常见后遗症［1］。运动功能恢复的程度密切影响患者及其家人的生活质量，故对脑梗死后运动功能恢复机制的研究至关重要。目前常用的研究方法是经颅磁力刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）和功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）［2?3］。而弥散MRI相对前两者的优越性在于其能准确地识别和评估脑梗死对皮层下白质纤维束的影响［4］。弥散是人体重要的生理活动和体内物质转运的重要形式。水分子在脑组织中的弥散主要受半透膜、细胞内外和血管间隙微结构定向性存在的影响，导致水分子更多沿平行于障碍物的方向运动，这种弥散的方向性就是各向异性。脑组织中的水分子多是沿平行于白质纤维束的方向弥散，故白质有很高的各向异性，而当白质受损时会导致各项异性降低。目前已知的弥散MRI技术主要包括采用高斯弥散模型的弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）［5］和弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）［1］、采用非高斯弥散模型的弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）［6?7］和q?空间成像（q?space imaging，QSI）［8］。DWI是早期诊断脑梗死的重要方法，且能准确定位梗死病灶的范围。DTI能获得较DWI更为精确的白质纤维束微结构信息，且基于DTI信息的弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）能直观显示纤维束的三维形态，特别是梗死区与皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）的关系，对判断预后起到重要作用。此外，更先进的DKI和QSI技术则充分考虑生物体不同组织弥散环境的异质性，认为脑组织中水弥散存在非高斯概率分布，可以提供更多的组织微结构信息。本文对各种弥散MRI技术在脑梗死运动功能恢复机制研究中的应用和进展进行综述，探讨脑梗死后运动功能恢复的可能生物学机制。
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基于Wolff定律的各向异性骨再造模型
建立符合各向异性骨再造生理过程的骨再造数值理论模型.基于Wolff定律及骨各向异性的力学性质,在仔细研究了当前各向同性骨结构再造数值模拟预测技术的基础上,将材料方向和主应力方向趋于一致做为骨再造平衡条件,提出一新型各向异性骨再造数值模型.以二维悬臂梁结构为例进行了模拟,得到了二维悬臂梁结构的密度分布图.新型各向异性骨再造数值模型,量化了骨再造过程和骨力学性质的各向异性,实现了骨再造过程数值模拟的各向异性.应用该模型可进行更为准确的骨结构再造数值预测.
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弥散张量成像对常规性临床应用的初步建立和实现
根据目前国际上被广泛认可的磁共振弥散张量成像(DT-MRI或DTI)处理和表达方法,自行开发出基于PC机的程序(DTI Toolbox based on MATLAB),有效结合第三方软件,为弥散张量成像在常规性临床诊断初步建立有效和完整的测量与分析处理体系,主要包括数据获取、图像预处理、张量可视化、以及脑神经纤维成像.为DTI进入常规性临床应用和检查提供了初步的方案和测量分析体系.
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活性猪眼角膜的各向异性生物力学行为研究
以猪眼角膜为研究对象,应用实验分析和各向异性弹性理论,探讨动物角膜在双向载荷作用下的生物力学行为.在Zwick-Z010型小吨位双向电子万能试验机上,利用所开发的平口微型双轴夹具,分别对片状角膜进行单、双轴拉伸和循环加载实验,确定材料的弹性常数和强度、刚度等特性.研究表明,材料具有典型的各项异性生物力学行为,在角膜的长轴和短轴方向呈现出不同的应力和变形特征.沿短轴方向角膜具有更高的黏弹性和黏塑性,其延展率也要大于长轴方向,而沿长轴方向则有更高的弹性模量和拉伸极限强度,材料的破坏为多种变形相互作用所致.
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基于损伤修复理论的各向异性骨再造自我组织控制模型
Wolff定律指出:骨能够响应力学激励来改变其表观密度和骨小梁分布的方向,表明骨再造是各项异性行为.本研究基于各项异性损伤修复理论并结合自我组织控制模型,提出更符合骨再造实际生理行为的基于损伤修复理论的各向异性自我组织控制骨再造模型,并以股骨近端为例进行了模拟,得到的结果在密度分布与主应力迹线分布上和实际都非常一致.
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用有限元法计算媒质各向异性真实头模型脑电正问题
神经元所产生的脑内电活动通常可用电流源偶极子来模拟.讨论用有限元法计算电流源偶极子产生的电流与电位分布,推导出计算偶极子源在各向异性导电媒质中的有限元方程,并对其进行变形,使得在各向异性导电媒质中生成的有限元刚度阵对称.这一算法已应用于媒质各向异性的真实头模型脑电计算,得到了较为满意的结果.
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精神分裂症白质损害与发病年龄的弥散张量成像研究
目的:应用弥散张量成像(DTI)比较精神分裂症患者脑白质与正常人群间的差异,并探究各向异性比值(FA)的改变与发病年龄之间的相关性.方法:纳入27例精神分裂症患者和29名性别、年龄及受教育程度相匹配的健康对照.两组研究对象均接受头颅磁共振检测.患者组按照发病年龄分为早发组(发病年龄＜18岁)和成年发病组(发病年龄≥18岁).采用基于体素的分析方法,分别比较患者组和对照组、早发组和成年发病组之间FA值的差异,并在控制性别、病程和药物剂量影响的前提下,分析FA值与患者发病年龄的相关性.结果:与健康对照比较,患者组在右侧上纵束、右侧放射冠上部的FA值降低；患者组中早发组和成年发病组间FA值的差异无显著性.患者组FA值与发病年龄呈正相关的脑区包括右侧放射冠前部(r =0.70,P＜0.01)、右侧胼胝体膝部(r=0.65,P＜0.01)；未发现呈负相关的脑区.结论:本研究提示精神分裂症患者右侧脑区上纵束及放射冠部位存在白质损害,发病年龄愈早,右侧放射冠及胼胝体膝部白质纤维的受损愈重.这对精神分裂症病理生理改变及脑结构异常的进一步研究具有提示作用.
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肾皮质各向异性效应所致回声不均
目的初步揭示肾皮质回声不均的产生机制及其在健康成年人中的出现几率.方法首先将1只离体猪肾沿长轴、短轴及垂直方向悬置于水槽中扫查,获得其长轴图、短轴图和垂直长轴图,并利用Photoshop 7.0 软件直方图功能测量不同位置肾皮质的辉度值代表回声强度. 随后,对36例健康成年志愿者共72个肾作长轴和短轴扫查,对其肾皮质的回声进行分析.结果离体实验和临床观察均显示肾皮质的回声随着肾脏与超声声束的相互位置的变化而变化,表现为近场和远场回声低于两侧的回声强度,这种现象称为各向异性.而36例志愿者共72个肾脏中有66个(91.7%)肾表现为肾皮质回声不均现象.结论肾皮质回声不均是超声扫查中一种普遍存在的现象,造成这种现象的原因是肾皮质对超声的向异性效应.
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磁共振扩散张量成像评价幕上胶质瘤对锥体束的侵袭性
目的 探讨MR DTI评价幕上胶质瘤对锥体束侵袭性的价值.方法 对23例经手术病理证实的胶质瘤患者进行DTI分析.按照肿瘤恶性程度分为高(n=16)、低(n=7)级别胶质瘤；按照临床是否有肢体感觉和(或)运动异常分为有症状(n=11)和无症状(n=12).分析测定患侧和对侧锥体束ADC值和FA值,并进行锥体束三维成像和统计学检验.结果 高级别胶质瘤患侧内囊后肢层面锥体束FA值显著低于对侧(P＜0.05).高低级别胶质瘤各层面锥体束ADC值与对侧差异均无统计学意义.有肢体感觉和(或)运动异常者的患侧内囊后肢层面锥体束ADC值高于对侧(P＜0.01),患侧锥体束内囊后肢层面及大脑脚层面锥体束FA值低于对侧(P＜0.05),而脑桥层面FA值与对侧比较差异均无统计学意义(P＞0.05).有肢体感觉和(或)运动异常者的患侧锥体束重建可见锥体束浸润、破坏.结论 应用DTI能够较准确地判定幕上胶质瘤对锥体束的侵袭情况.
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探讨健康成人视辐射的磁共振弥散张量成像与年龄的相关性
目的 定量分析正常成人视辐射的DTI中各参数与年龄的相关性.方法 选取键康志愿者50名行DTI扫描,年龄20～75岁,分为5个连续的年龄组.将图像载入DTI studio 2.4中,分别在双侧视辐射勾画ROI,得到FA、平均弥散率(MD)及神经纤维根数(NOF),分析双侧间的差异性、不同组间差异性及与年龄间的相关性,并用SPM2软件分析不同组间视辐射FA、MD值变化趋势,验证所得结果.结果 双侧视辐射FA、MD及NOF之间差异均无统计学意义(P均＞0.05)；双侧FA、MD及NOF各组间差异有统计学意义(P均＜0.05)；双侧FA与年龄呈负相关(右侧:r=-0.856,左侧:r=-0.864,P均＜0.05),双侧MD与年龄无相关性(P均＞0.05).双侧NOF与年龄呈负相关(右侧:r=-0.458,左侧:r=-0.674,P＜0.05)；SPM2仅显示出视辐射区持续扩大的FA减低,与勾画ROI法所得结果相符.结论 成人双侧视辐射随年龄增长出现FA减低和神经纤维数目减少,而MD的变化与年龄无相关性.
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比较单体型特纳综合征与正常儿童全脑白质各向异性
目的 采用DTI观察特纳综合征(TS)患者脑白质异常,探讨TS白质异常与认知功能障碍的关系.方法 选择基因型为45,XO单体型TS的患者14例为TS组,另招募20名年龄为10～18岁的女性志愿者为对照组,进行韦氏智力检验.采用Siemens 3.0 T磁共振扫描仪及8通道头线圈,对两组行DTI扫描,并经后处理生成FA图,然后进行TS组和对照组的基于体素的FA比较.结果 TS组知觉推理智商值为84.4±15.1,低于对照组(103.4±13.4;t=3.8,P＜0.05);在言语理解方面智商值为100.7±20.3,低于对照组(117.2±14,1;t=2.8,P＜0.05);在加工速度方面智商值为83.6±12.1,低于对照组(103.8±16.1;t=4.0,P＜0.05);在工作记忆方面智商值为87.2±16.9,低于对照组(101.7±15.7;t=2.6,P＜0.05).PS组左侧额叶白质、右侧顶叶白质、胼胝体压部、双侧内囊、双侧大脑脚和双侧小脑FA值显著低于对照组.结论 TS患者左侧额叶纹状体通路、右侧上纵束通路及胼胝体压部FA值减低可能与视觉空间感觉及相关执行能力减低有关;双侧内囊、大脑脚和小脑局部FA值减低可能与运动异常有关.
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轻度Alzheimer病人与正常老年人全脑白质各向异性的比较
目的利用扩散张量成像研究轻度Alzheimer患者全脑范围内的白质异常.方法对16例正常志愿者和13例轻度Alzheimer患者进行了扩散张量成像扫描,经过后处理生成的FA图在SPM99下进行头颅标准化后,对AD组和对照组的全脑白质FA图进行基于体素的统计学比较.结果对照组和AD组的双侧内颞叶、右颞中回、左侧顶叶白质,左侧外囊,右上纵束和穹窿的各向异性FA值差异具有显著性意义.结论基于体素的全脑白质FA图比较能够发现AD患者中大脑白质的异常,从而更加全面地评价AD患者的结构改变.
关键词： 磁共振成像 扩散 各向异性 Alzheimer病 -
应用弥散张量磁共振成像定量分析正常成人大脑白质纤维各向异性特征
目的定量分析正常成人大脑不同部位白质纤维各向异性所存在的差异.方法测量52名正常志愿者大脑白质纤维不同部位的FA值和ADC值,测量的部位有:外囊、内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部和胼胝体压部.结果 FA值以胼胝体压部为高是0.893±0.0645.统计分析大脑白质各部位间FA值的差别均有统计学意义(P＜0.01).结论 FA值可定量分析大脑不同部位的白质纤维的各向异性程度.
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扩散张量成像数据分析方法概述
扩散张量成像(DTI)是唯一可在体显示脑白质纤维束的无创成像方法,其利用组织内水分子扩散的各向异性特征进行成像.本文以DTI基本原理为出发点,对DTI的主要研究方向和数据分析方法进行分析.
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基于各向异性颜色编码的DTI数据椭球体显示
本文实现了一种基于扩散张量各向异性形状进行颜色编码的椭球体图元显示方法,对于不同的扩散各向异性形状采用不同颜色的椭球体图元来表达,将扩散各向异性程度的信息赋予图像之中,并扩展到了三维空间,从而使大脑白质的分布及走行能够更清晰地显示,有利于在大脑功能的基础研究和颅脑疾病的临床诊治过程中进一步分析.
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扩散张量成像分析慢性疲劳综合征儿童脑白质各向异性分数异常的变化
目的 通过对慢性疲劳综合征(CFS)患儿进行整合视听连续执行测试(IVA-CPT)及扩散张量成像(DTI)检查,评估CFS患儿脑白质各向异性分数(FA)异常的变化.资料与方法 选取2011年7月-2013年7月于中国医科大学附属盛京医院就诊的71例右利手儿童,包括35例CFS患儿及36例健康儿童(对照组),行IVA-CPT及DTI扫描.所有受试者接受IVA-CPT,分别记录听觉反应控制力商数(ARCQ)、听觉注意力商数(AAQ)、视觉反应控制力商数(VRCQ)、视觉注意力商数(VAQ)、综合反应控制力商数(FRCQ)及综合注意力商数(FAQ).DTI扫描采用Philips 3.0T MR,应用功能MRI软件库进行图像后处理,采用基于纤维骨架的空间统计方法分析脑白质FA值.结果 CFS患儿的FAQ(91.07±8.49比99.52±10.09,P=0.0009)、VRCQ(97.00±8.86比106.19±8.35,P=0.0001)和VAQ(92.57±7.06比101.67±8.03,P=0.0001)均明显低于对照组;双侧内囊后支及左侧视放射区脑白质纤维束的FA值均明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05).结论 CFS儿童双侧内囊后支及左侧视放射区脑白质纤维束的FA值异常减低,其注意力缺陷主要表现为视觉注意力缺陷.
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正常儿童脑白质发育的DTI研究
目的：用DTI研究正常儿童脑白质发育特点。方法：收集50例1～12岁健康儿童脑DTI图像，分析第1组（1～3岁）、第2组（4～6岁）、第3组（7～9岁）及第4组（10～12岁）4个年龄组与脑白质内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部5个部位的各向异性指数（FA）值、ADC值的相关性及差异性。结果：内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值与年龄呈正相关，尾状核头部的FA值与年龄呈负相关；内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部的ADC值均与年龄呈负相关。第1、2组间及第2、3组间内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值、ADC值差异均有统计学意义（均P<0.05）；第3、4组组间胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值、ADC值差异均有统计学意义（均P<0.05）。结论：DTI的FA值和ADC值能反映脑白质发育差异。
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DTI观察帕金森病患者黑质纹状体改变应用研究
目的:采用DTI研究帕金森病(Parkinson disease,PD)患者与对照组多个脑区各向异性分数(FA值)的差异.方法:收集2010年6月至201 3年5月37例PD,其中男24例,女13例;随机选取22例健康志愿者作为对照组.PD患者采用Hoehn Yahr分级,分为Ⅰ和Ⅱ级20例,Ⅲ和Ⅳ级1 7例;均行常规MRI扫描及DTI序列扫描,在所得FA图像上测量黑质纹状体各核团(双侧尾状核头、壳核、黑质)的FA值,确定各组有差异的FA值脑区.结果:PD组与对照组双侧尾状核头、壳核、黑质FA值差异有统计学意义(P＜0.05);其中早期PD患者黑质FA值与中晚期PD组差异有统计学意义(P＜0.05);早期PD患者尾状核头、壳核FA值与中晚期PD组差异无统计学意义(P＞0.05).结论:DTI技术作为一种无创研究PD患者黑质纹状体生理改变的方法,提示黑质纹状体部位的FA值改变可能是诊断PD的线索.
