综述：扩散微结构成像（DMI）在神经学研究中的现状与未来应用

这篇系统性综述全面探讨了扩散微结构成像（DMI）的技术优势及其在神经学领域的应用进展。通过三室模型（V-intra/V-extra/V-CSF）量化脑组织微结构变化，DMI在脑肿瘤（如胶质母细胞瘤GBM与淋巴瘤PCNSL鉴别）、神经退行性疾病（帕金森病PD/多系统萎缩MSA）及急性脑卒中等领域展现出超越传统扩散技术（DTI/DKI）的敏感性，为"虚拟病理学"研究提供了新范式。

　　

Abstract

扩散微结构成像（DMI）通过解耦脑组织内三个关键组分的体积分数——轴突内空间（V-intra）、轴突外空间（V-extra）和自由液（V-CSF），实现了对脑微结构的无创定量。基于PRISMA 2020指南的系统分析表明，DMI在21项纳入研究中展现出对常规扩散技术无法检测的微观改变的独特敏感性。

1. Introduction

传统扩散张量成像（DTI）受限于单高斯模型假设，难以解析复杂纤维交叉或细胞外基质影响。扩散峰度成像（DKI）虽引入非高斯特性，仍缺乏明确的生物学解释。DMI采用贝叶斯方法的三室模型，可在秒级时间内完成参数估计，其轴向扩散系数（Dax-intra/Dax-extra）为病理改变提供了新视角。

2. Methods

通过多数据库检索策略筛选出21项符合标准的研究。DMI协议普遍采用3T MRI，多壳层扩散加权成像（b值1000/2000 s/mm²），64通道头线圈。质量评估采用改良纽卡斯尔-渥太华量表（NOS），所有纳入研究评分≥7分。

3. Results

3.1 神经肿瘤学

在胶质瘤亚型鉴别中，V-intra在瘤周区域呈现显著差异（AUC 0.824）。原发性中枢神经系统淋巴瘤（PCNSL）表现出更高的V-intra和微结构FA值，而胶质母细胞瘤（GBM）瘤周区Dax-intra升高提示细胞毒性水肿。转移瘤特有的血管源性水肿表现为V-CSF梯度变化。

3.2 神经退行性疾病

帕金森病（PD）患者黑质（SN）内V-CSF增加与运动评分（MDS-UPDRS-III）显著相关。进行性核上性麻痹（PSP）患者前额叶白质V-intra降低对应认知障碍，多系统萎缩（MSA）小脑桥脑束变性与其运动障碍相关。

3.3 健康衰老

801名健康人的队列研究揭示了白质束"晚成熟先退化"规律，前额叶束V-intra随年龄衰退最显著。内侧前脑束（MFB）的V-intra/V-extra基准值为精神疾病研究提供参照。

3.4 脑卒中与COVID-19

急性缺血性卒中病灶区V-intra升高符合"串珠样"轴突肿胀模型，Dax-intra对梗死核心分割（AUC 0.98）优于表观扩散系数（ADC）。COVID-19患者全脑白质V-CSF增加提示血脑屏障破坏。

4. Discussion

DMI通过开源工具Dmipy实现模块化建模，其与人工智能的结合有望突破采集时间瓶颈。相较于NODDI固定扩散系数的假设，DMI的贝叶斯框架更适应临床异质性。未来需通过多中心研究验证其在早期诊断（如放射学孤立综合征RIS）中的价值。

5. Conclusions

作为新一代"虚拟病理"技术，DMI为脑肿瘤鉴别、神经退行性病变机制研究和临床预后评估提供了不可替代的微结构视角，其标准化应用将推动精准神经科学的发展。