磁共振弥散加权成像和弥散张量成像

DWI
超急性期脑梗死
ADC
DWI临床应用
中枢神经系统



超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤

化脓性感染：脓腔于DWI呈均匀高信号，ADC降低——弥散 受限，与脓液的高粘滞度和脓肿的多细胞性有关。 对细菌性脑膜炎并发的硬膜下（外）积脓和炎性渗出物有鉴 别诊断意义，从而有利于指导临床治疗。 一定程度上鉴别疱疹性脑炎和颞叶浸润性胶质瘤。
磁共振弥散加权成像和弥散 张量成像
Diffusion Weighted Imaging and Diffusion Tensor Imaging
弥散的概念

弥散是自然界中最基本的物理现象，指分子的不规则随机运 动，即布朗运动。通常用于描述分子等颗粒由高浓度向低浓 度区扩散的微观运动。

DWI上水分子随机微观运动的大小用弥散系数来描述，单位 为平方毫米／秒。弥散系数越大，代表分子弥散运动越强。

DWI信号形成机制
活体组织中，水分子的弥散运动包括细胞外、细胞内和跨 细胞运动以及微循环（灌注），细胞外运动和灌注是组织DWI 信号衰减的主要原因。组织内水分子的随机运动越多，在DWI 中的信号衰减越明显。 自由水比固体组织有极高的弥散系数，导致信号大量丢失， 在DWI上呈明显低信号。

DWI成像序列


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Hale Waihona Puke Baidu
水分子弥散的各向异性可以用来追踪纤维走行，评估组织结构 完整性和连通性。 要评估弥散的各向异性，首先要确定整体弥散张量，这就要求 至少在6个非共线方向上连续应用弥散梯度，来获得一组弥散 加权图像。

扫描应用序列
单次激发自旋回波平面成像(EPI)序列。

定量分析各向异性程度的参数
FA（各向异性分数，Fractional Anisotropy)：最常用，临床 应用中主要用来反映发育过程中脑白质的髓鞘化程度或变性 病中纤维束的破坏。FA值的范围为0～1，0代表最大各向同 性的弥散，1代表假想状况下最大各向异性的弥散。 RA（相对各向异性度，relative anisotropy) VR（容积比，volume ratio)



鉴别蛛网膜囊肿与表皮样囊肿：蛛网膜囊肿——DWI低信号， ADC明显高信号；表皮样囊肿——DWI高信号，ADC类似 脑实质低于CSF信号。 鉴别脑脓肿和肿瘤囊变（坏死）。 胶质瘤分级。
蛛 网 膜 囊 肿
表皮样囊肿术后残存
脑脓肿
多形胶质母细胞瘤
其它应用

骨骼肌肉系统 肝脏 乳腺 卵巢 心脏 肾脏
b=0
b=1000

DWI图：弥散受限组织和长T2组织均表现为高信号。——不是 纯粹的弥散图，包含T2WI成分。（脑脊液是黑的） ADC图：弥散程度高的组织信号高（亮），弥散受限组织表现 为低信号。（脑脊液是白的） eADC图：弥散受限组织信号高，自由弥散组织信号低——消 除了T2 穿透（shine through）效应的影响。（脑脊液是黑的）
DWI的历史及进展




1950年——Hahn提出弥散对MRI信号强度的影响； 1954年——Carr和Purcell以SE序列为基础测得水的弥散系数； 1961年——Woessner扩展到利用受激回波序列的测量； 1965年——Stejskal和Tanner引入脉冲梯度进行弥散敏化； 1986年——Le Bihan等首次将DWI应用于生物组织中。
SE-EPI（单次激发多层面自旋回波－回波平面加权成像） 序列，即在自旋回波序列的基础上在3个互相垂直的方向上于 180度脉冲前后分别施加成对的弥散敏感梯度脉冲。 优点：1、明显减少成像时间； 2、降低运动伪影——propeller技术应用； 3、增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。


DWI定量分析

大脑的发育 梗塞 变性性疾病：MS 感染性病变 肿瘤性病变 其他：脑功能和精神改变
DTI在其他系统的临床应用



DTI在心脏的应用 DTI在肾脏的临床应用 DTI在骨骼肌的临床应用
小 结

弥散成像是显示组织微观物理特性真正的定量方法。 DTI是惟一的一种可以无创地跟踪脑内白质纤维并反映其 解剖连通性的有效方法。 DWI和DTI在中枢神经系统中有广泛的应用。
弥散系数直接反映组织的弥散特性，为衡量生物组织中分 子弥散程度的绝对值。但受限弥散、弥散时间、血流、运动、 RF脉冲等因素均可影响测得的弥散系数。 表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC)—DWI 上测得的生物组织整体结构特征的弥散系数，反映水分子弥散 和毛细血管微循环（灌注）的人工参数。ADC是水分子移动的 自由度。在正常脑组织中，水分子向三维空间各个方向扩散的 量不同，存在各向异性扩散，水分子在平行于神经纤维的方向 较垂直其方向上更易扩散。因此取三个不同方向的DWI上所测 的ADC平均值，便可消除各向异性的干扰。


DWI临床应用
中枢神经系统



超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤

DWI对超急性和急性脑梗塞的检出敏感性为88％～100％， 特异性为86％～100％。 能够鉴别新鲜与陈旧性梗塞灶，并能评估预后。 存在假阴性（病灶较小、空间分辨率有限）和假阳性（磁 敏感效应所致）。 对新生儿急性缺血缺氧性脑病显示敏感，且能准确预测病 灶范围。 对一过性缺血发作（TIA）显示优于常规MRI。
脑脓肿
DWI临床应用
中枢神经系统



超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤

多发性硬化（MS）：分期：急性期DWI呈高信号，慢性病 灶呈等信号，急性期硬化斑ADC明显高于慢性硬化斑。 可靠鉴别脱髓鞘和梗死灶。

DWI临床应用
中枢神经系统



超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤

人体内的水分子同体外水分子的运动不同，它不仅受组织细 胞本身特征的影响，而且还受细胞内部结构的影响。 在具有固定排列在具有固定排列顺序的组织结构中（如神经 纤维束），人体内的水分子在各个方向的弥散是不同的，通 常更倾向于沿着神经纤维束走行的方向进行弥散，而很少沿 着垂直于神经纤维束走行的方向进行弥散。

受限弥散
细胞膜或大分子蛋白等生物组织中的天然屏障使得水分子 的弥散受到限制，称为受限弥散（ristricted diffusion)。

各向同性弥散
在均匀介质中，水分子任何方向的弥散系数都相等，称为 各向同性弥散(isotropic diffusion)，即弥散不受方向的限制；

各向异性弥散
同一介质在三个弥散梯度方向（相位、层面和读出方向） 上呈现不同的弥散运动，引起不同的信号表现，称为各向异性 弥散（anisotropic diffusion)。

ADC＝[ln(S1/S2)]/(b2-b1)
ln为自然对数。 S为某一弥散敏感系数(b）下的信号强度，S1和S2代表两个 不同b值兴趣区的信号强度。 b值——弥散加权程度（弥散敏感系数）。
b=(γδA)(△-δ／3)
γ为旋磁比，δ、△、A分别为扩散梯度持续时间、间隔时间及强度，b值单 位为秒/平方毫米。临床应用中一般固定δ、△、γ，仅通过改变A的大小而获 得不同的b值。

b值受灌注影响大，小b值主要反映局部组织的微循环血流灌 注，测得的ADC值不稳定。b=0产生无弥散权中的T2像。 大b值所测得ADC值受血流灌注影响小，较好反映组织内水分 子的弥散运动。 即b值越大，对水分子运动的检测越敏感，但图像的信噪比相 应的下降。 通常b值取1000s/mm3，成二组图像：b=0和b=1000。
肝 血 管 瘤
子宫肌瘤
磁共振弥散张量成像

磁共振弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging，DTI)是DWI的 发展和深化，主要用于脑部尤其对白质束的观察、追踪、脑 发育和脑认知功能的研究、脑疾病的病理变化以及脑部手术 的术前计划和术后评估。
成像基础
弥散张量是指水分子弥散的各向异性、不均匀性组织弥 散特征。DWI只有ADC一个标量来描述弥散，只代表弥散梯 度磁场施加方向上水分子的弥散特点，而不能完全、正确地 评价不同组织各向异性的特点。
DWI基本原理
物理基础
人体中大约有70％的水，与DWI有关的弥散主要指体内水 分子（包括自由水和结合水）的随机位移运动。水分子随机运 动过程中不断相互碰撞，每次碰撞后水分子发生偏向并旋转， 使其位置与运动方向发生随机变化。在存在浓度梯度情况下， 分子弥散运动遵循一定规律（Fick’s定律）。即在无外力作用下， 分子总是从浓度高的一方向浓度低的一方位移。





弥散张量的示踪(trace)或平均弥散图需要联合应用相应的示 踪ADC和FA图进行评价。 在ADC图中，信号强度与ADC值呈正比，因此脑脊液为高信 号而脑实质为低信号。 在FA图中，脑白质各向异性最大，表现为高信号；相反，各 向异性最低的脑脊液则表现为低信号。
DTI中枢神经系统的临床应用