DWI的基本基本知识和临床应用

DWI的基本原理和临床应用

参考资料：复旦大学附属华山医院

弥散加权成像的原理（DWI）A 弥散张力成像的原理（DTI）B 弥散加权成像的临床应用

C 目录

核磁共振技术

1950年Hahn首次注意到水弥散对MR信号

的影响

1954年Carr和Durcell通过SE序列技术

用MR发现了弥散

1965年Stejskal和Tanner将之发展为可

成像、可测量的磁共振技术

弥散加权成像原理（Diffusion-weighted imaging ，DWI）

· 弥散加权成像是建立在MRI流动效应基础上的成像方法。

· DWI观察的对象是水分子的流动扩散现象。

· DWI图像构成反应的水分子弥散的速度，而不是T1或T2的权重。

· 在均质的水中，水分子的流动扩散是一种完全随机的热运动。

· 人体组织中，由于存在各种各样的屏障物，水分子的自由流动扩散活动就会受到影响。

· 依赖于扩散方向的水分子活动称为各向异性，即在水分子活动的各个方向上其扩散规律不是随机均等的，而是有扩散方向上的不均匀性。

· 在非均一的磁场（空间上不均匀的磁场）环境下，因水分子弥散而产生的质子随机活动会造成MR信号的下降。

· 在梯度磁场较小时，它的作用是很微弱的。

· 当在三维空间（X、Y、Z轴）任一方向上使用一预先准备的高场强梯度磁场时，水分子的弥散造成的MR信号改变就不再是微不足道的了，而是“可见的”了。

· MR弥散加权成像实际是在MR原有图像对比上出现的一种新的独特的图像对比。

DWI的脉冲程序示意图（Stejskal-Tanner技术）

第一个梯度脉冲

组织内质子失相位

弥散慢的水分子弥散快的水分子大部分出现再聚焦

第二个再聚焦脉冲

维持原有的信号强度（相对的高信号）信号降低不能再聚焦

水分子的弥散是分子热运动引起的随机活动，水分子沿一个方向随机“移动”的路径已由Einsten的公式描述：

ll=2DD t

式中ll为随机“移动”的距离，D为弥散系数。t为观察时间。如果从三维空间来描述水分子的随机“走动”，则公式为：

ll=6DDDD

· 在观察时间非常短时，水分子的弥散活动可看作是在纯水中进行，即是随机的活动。但当观察时间延长到水分子的活动足以遇到屏障时，形势就不完全一样了。· D* （表观弥散系数，也称为Apparent diffusion

coefficient ，ADC）代替D。D*的值依赖于观测水分子活动时间的长短，这一时间称为弥散时间Td。

· D*的不同取决于Td和屏障的空间大小、几何外形和渗透率。一般地讲，D*要小于水分子活动无限制的弥散系数D，但当Td接近于0或无限大时，D*和D将很接近。

在不考虑较小的层面选择梯度磁场时，弥散衰减系数R 如下式所示：

式中，γγ为旋磁比，G 是梯度脉冲的振幅，δδ是振幅宽度，ΔΔ是梯度脉冲间隔时间。对PGSE 来讲Td=ΔΔ-1/3δδ

设b=γγ2GG 2δδ2Td

则R=exp-（b DD ∗

）Td 和b 值均可调节。]

RR =exp −[γγ2GG 2δδ2(ΔΔ−⁄13δδ)DD ∗

在弥散加权成像中，b值和Td可看作是图像对比调节中的窗位和窗宽，选择合适的Td和b值对最大限度地显示弥散的效果有重要的意义。B值的单位是s/mm2，b 值不同，弥散所造成的信号差别就不同，b值选的越大，不同弥散状况造成的信号差别就越大。

· 增加信噪比和缩短采集时间（shorter TE’s）

· 更高的b值，更高的弥散敏感性和减低T2高信号的影响

High b-value DWI

弥散张力成像原理（Diffusion-tension imaging，DTI）

弥散张力成像原理

· 水分子在不同方向上弥散的差别称为各向异性。

· DTI是建立在水分子各向异性基础上的成像方法。

· DTI不但关心弥散的速度，更关心弥散的方向。

弥散张力成像原理

沿着神经轴索方向运动的

水分子要比跨越神经轴索

的水分运动的速度快得多

DD avg平均弥散系数=ADC DD surf表面弥散系数

DD volm容积弥散系数

e ADC 指数ADC=exp（-b DD avg）弥散衰减系数R=exp-（b DD∗）DD∗=ADC

· RA Relative anisotropy

相对各向异性· FA Fractional anisotropy

各向异性分数· AI Anisotropy index

各向异性指数

· 最短的TE时间

· 测定方向最少=6 最多=55以上

· DTI b值最小=50 最高=3000 s/mm2以上

Diffusion-Tension Imaging

25 direction，18slice locations FA

颜色显示法：用不同的颜色来表示不同的方向

椭圆体显示法（Ellipsoid display）纤维的各向异性程度、走行方向直观显示

弥散加权成像的临床应用

弥散加权成像的临床应用

急性或超急性

脑梗死的诊断

多发硬化的

定性和鉴别脑肿瘤的诊断

和鉴别诊断

其他方面的应用

一、缺血性脑血管病

· 是DWI应用最广泛、最成熟的领域

· 可发现超急性脑梗死，区分急、慢

性梗死灶

· 与PWI联合应用可评估缺血半暗带

· 当前热点：

——TIA，量化评估可逆缺血灶和小灶梗死

——DWI（+）病灶再认识：可恢复的“梗死灶”

——DWI预测中风再次发生