磁共振DWI的原理和临床应用

• 二、b值对DWI的影响： • DWI技术中把施加的扩散敏感梯度场参数称为b值 或称扩散敏感系数。在常用SE-EPI DWI序列中.
• b值代表扩散敏感系数；
• • • • r代表磁旋比； Gi和Gj分别为i轴和j轴上的磁场梯度强度； δ代表梯度场持续时间； Δ 代表两个梯度场间隔时间。
• b值的选择（表示应用的梯度磁场的时间、幅度、 形状） • b值越高，扩散的权重越重 • b值越高，信号越弱 • b值越高，信噪比越差 • b值越高，相同TR内可采集的层数越少 • 因会出现周围神经的刺激症状也限制了太高的b值。 • 较小的b值可得到的较高信噪比的图像，但对水 分子扩散运动的检测不敏感。
• 因此，b值的选择非常重要， 用小b值进行DWI， 在一定程度上反映了局部组织的微循环灌注，但 所测得的ADC值稳定性较差，且易受其他生理活 动的影响，不能有效反映水分子的弥散运动，用 大b值进行DWI，所测得的ADC值受局部组织的微 循环灌注影响较小，能较好反映水分子的弥散运 动，因此，大b值进行DWI称高弥散加权成像，用 小b值进行DWI称低弥散加权成像。b=0时产生无 弥散加权的t2wi。
• 【技术要点】 • 一、DWI上组织信号强度的衰减主要因素： • 尽管DWI可以用多种序列进行，但影响其组织信 号衰减的因素基本相同，与未施加扩散敏感梯度 场的相应序列相比，在DWI上各种组织的信号都 在衰减，只是衰减的程度有所差别而已。
• DWI上组织信号强度的衰减主要因素： • 1、扩散敏感梯度场的强度，强度越大组织信号衰 减越明显； • 2、扩散敏感梯度场持续的时间，时间越长组织信 号衰减越明显； • 3、两个扩散敏感梯度场的间隔时间，间隔时间越 长，组织信号衰减越明显； • 4、组织中水分子的扩散自由度，在扩散敏感梯度 场施加方向上水分子扩散越自由，组织信号衰减 越明显。
原理
• 【弥散的概念】 • 弥散又称扩散，是指分子从周围环境的热能中获 取运动能量而使分子发生的一连串的、小的、随 机的位移现象并相互碰撞，也称分子的热运动或 布朗运动。
• DWI技术就是检测扩散运动的方法之一，由于一 般人体MR成像的对象是质子，主要是水分子中的 质子，因此DWI技术实际上是通过检测人体组织 中水分子扩散运动受限制的方向和程度等信息间 接反映组织微观结构的变化。
• 生物组织内的水分子的扩散分为三大类：细胞外 扩散，细胞内扩散，跨膜扩散，且扩散运动受到 组织结构、细胞内细胞器和组织大分子的影响。
• DWI是建立在MR成像要素之一——流动效应上的 一种成像方法。在宏观图像中反映活体组织水分 子的微观运动。MRA观察的是宏观的血流流动现 象，而弥散加权成像观察的是微观的水分子流动 扩散现象。
b值对信号强度的影响
• 三、DWI的方向性： • DWI是反映扩散敏感梯度场方向上的扩散运动， 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。如果在 多个方向（6个以上方向）分别施加扩散敏感梯度 场，则可对每个体素水分子扩散的各向异性作出 较为准确的检测，这种MRI技术称为扩散张量成 像（diffusion tensor imaging，DTI）。利用DTI 技术可以很好地反映白质纤维束走向，对于脑科 学的研究将发挥很大的作用。
• 各向异性扩散在人体组织中是普遍存在的，其中 最典型的是脑白质神经纤维束。水分子在神经纤 维长轴方向上扩散运动相对自由，而在垂直于神 经纤维长轴的方向上，水分子的扩散运动将明显 受到细胞膜和髓鞘的限制。
• 【DWI原理】 • 以SE-EPI序列来介绍DWI的基本原理。 • 射频脉冲使体素内质子的相位一致，射频脉冲关 闭后，由于组织的T2弛豫和主磁场不均匀将造成 质子逐渐失相位，从而造成宏观横向磁化矢量的 衰减。
扩散加权成像术
Diffusion Weighted Imaging
历史
• 1950年，Hahn提出弥散对MR信号强度的影响。 • 1954年，Carr和Purcell以SE序列为基础取得水的 弥散系数。 • 1961年， Woessner扩展到利用受激回波序列的 测量。 • 1965年，Stejskal和Taaner引入脉冲梯度进行弥 散敏化。 • 1986年，Le Bihan等首次将DWI应用在生物组织 中。
• 除了上述两种因素以外，我们在某个方向上施加 一个扩散梯度场，人为在该方向上制造磁场不均 匀，造成体素内质子群失相位，然后在施加一个 强度与持续时间完全相同的反向扩散梯度场，则 会出现两种情况:在该方向上没有位移的质子不会 受两次梯度场强的影响而失相位，而移动的质子 因两次梯度场引起的相位变化不能相互抵消，而 失相位信号衰减。
• 体素中水分子都存在一定程度的扩散运动，其方 向是随机的，而在扩散梯度场方向上的扩散运动 将造成体素信号的衰减，如果水分子在敏感梯度 场方向上扩散越自由，则在扩散梯度场施加期间 扩散距离越大，经历的磁场变化也越大，组织信 号衰减越明显。DWI通过测量施加扩散敏感梯度 场前后组织发生的信号强度变化，来检测组织中 水分子扩散状态（自由度及方向），后者可间接 反映组织微观结构特点及其变化。
• 自由扩散运动：水分子扩散运动不受任何约束。 如尿液、脑脊液等中的水分子。 • 限制性扩散运动：水分子由于受周围介质的约束， 其扩散运动受到一定程度的限制。人体一般组织 中的水分子属于限系数都相等，这 种弥散称为各向同性扩散； • 在非均匀介质中，各方向的弥散系数不等，这种 弥散称为各向异性扩散。
• 扩散成像的理想状态是在能够满足病变与周围组 织器官清晰分辨识别的基础上获得准确反应组织 扩散特性的扩散图像，因此扩散图像的b值的选择 主要应满足以下三个条件： • 1、能够清晰显示和分辨被检组织。 • 2、有效抑制t2透射效应对扩散图像的影响。 • 3、应用尽可能高的b值，使被检组织的ADC值更 接近组织的真实D值。