在完全均质的溶质中，分子向各方向的运动是相等的，此种扩散方式为各向同性（Isotropic），其向量分布轨迹成一球形。另一种扩散是在非均一状态中，分子向各方向运动具有方向依赖性，分子向各方向扩散的距离不相等，称为各向异性（Anisotropic）,其向量分布轨迹成一椭圆形。如在大脑白质分子的扩散表现为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的扩散速度快于垂直方向。
（二） 扩散张量成像（DTI）
由于只有在施加扩散敏感梯度场方向上的运动才有相位的变化，因此，DWI所反映的水分子扩散运动具有方向性。DWI只能反映扩散敏感梯度场方向上的扩散运动，其他方向的扩散运动则不能检测出来。为了全面反映组织在各方向上的水分子扩散情况，需要在多个方向上施加扩散敏感梯度场。因此，如果在多个方向上（6个以上）施加扩散敏感梯度场，就可以对每个体素水分子扩散的各向异性做出较为准确的检测，这种技术被称为扩散张量成像（DTI）。
张量是一个工程物理学的名称，是一个椭圆形数学结构，有三维空间，各向异性有3×3个二级分量，张量的矩阵是9个非0因素，其中3个分量是相同的（对称性），而其余6个因素（Dxx，Dyy，Dzz，Dxy，Dxz，Dyz）决定扩散张量的特征。3个非0因素沿着张量的主对角线，称为本征值（eigevalue）λ1、λ2、λ3, 本征值反映出椭圆形的形状，大小与方向无关。而其数学关系代表方向为3个本征向量（eigevector）V1、V2、V3。
DTI常用的定量分析组织扩散特征的参数有：①平均扩散度（mean diffusivity，MD）： MD反映分子整体扩散水平和扩散阻力的整体情况，他只表示扩散的大小，而与扩散的方向无关，也即ADC值。②各向异性程度：反映分子在空间位移的程度，与方向有关。用来分析各向异性的参数很多，有各向异性指数（anisotropic index，AI），相对各向异性（relative anisotropic，RA），各向异性分数或称部分各向异性（fractional anisotropy，FA）。RA反映水分子扩散各向异性成分与各向同性成分的比值，数值为0～1，1为最大各向异性，0为最大各向同性。FA反映水分子扩散各向异性成分与整个扩散张量的比值，数值为0～1，1为最大各向异性，0为最大各向同性（如自由水）。由于FA图像观察大脑白质纤维结构最清楚，灰白质分界好，FA值用于肿瘤诊断有益，故应用广泛。③本征值（eigen value）：是指描写扩散张量的3个特性值，标记为λ1、λ2、λ3，分别表示单个体素内主要纤维束的主要走行方向、主要纤维束的成角走行方向及次要纤维束的交叉走行方向。一般情况下，λ1与λ2大小相似，λ3远远小于前两者。ADC是λ1、λ2、λ3的平均值，即
（三）扩散张量白质束成像（diffusion tensor tractography，DTT）
或称纤维束示踪成像技术（fi ber tractography，FT），是在扩散张量成像发展起来的一项新技术，可在活体中显示纤维束的方向及完整性。DTT最早用于脑白质束成像，反映脑白质纤维素的走行方向，故名白质束成像。由于垂直于神经纤维走行方向的扩散难，平行于神经纤维走行方向的扩散易， DTT图像实际反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行扩散运动的主导方向。
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