一、DWI的概念

1.定義：

彌散又稱擴散，是指分子從周圍環境的熱能中獲取運動能量而使分子發生的一連串的、小的、隨機的位移現象并相互碰撞，也稱分子的熱運動或布朗運動。

2.DWI技術就是檢測擴散運動的方法之一，由于一般人體MR成像的對象是質子，主要是水分子中的質子，因此DWI技術實際上是通過檢測人體組織中水分子擴散運動受限制的方向和程度等信息間接反映組織微觀結構的變化。

3.生物組織內的水分子的擴散分為三大類：細胞外擴散，細胞內擴散，跨膜擴散，且擴散運動受到組織結構、細胞內細胞器和組織大分子的影響。

4.影響水分子彌散的因素：膜結構的阻擋，大分子蛋白物質的吸附，微血管內流動血液的影響（？）。

5.DWI中的水分子：

1）

無創探測活體組織中水分子擴散的唯一方法

2）

信號來源于組織中的自由水

3）

結合水盡管運動受限，但仍不能產生信號

4）

不同組織對自由水擴散限制程度不同

5）

產生DWI對比

6）

檢測組織中自由水限制性擴散的程度

6.常規DWI，主要對細胞外自由水運動敏感

T2WI基礎上，施加擴散梯度，組織信號衰減

1）

自由水擴散越自由=信號丟失多，DWI信號越低

2）

自由水擴散越受限=信號丟失少，DWI信號越高

7.在均勻介質中，任何方向的彌散系數都相等，這種彌散稱為各向同性擴散（eg.腦脊液）；在非均勻介質中，各方向的彌散系數不等，這種彌散稱為各向異性擴散（eg.腦白質纖維素）。

各向異性擴散在人體組織中是普遍存在的，其中最典型的是腦白質神經纖維束。水分子在神經纖維長軸方向上擴散運動相對自由，而在垂直于神經纖維長軸的方向上，水分子的擴散運動將明顯受到細胞膜和髓鞘的限制。

二、DWI的原理

1.以SE-EPI序列來介紹DWI的基本原理。

射頻脈沖使體素內質子的相位一致，射頻脈沖關閉后，由于組織的T2弛豫和主磁場不均勻將造成質子逐漸失相位，從而造成宏觀橫向磁化矢量的衰減。

除了上述兩種因素以外，我們在某個方向上施加一個擴散梯度場，人為在該方向上制造磁場不均勻，造成體素內質子群失相位，然后在施加一個強度與持續時間完全相同的反向擴散梯度場，則會出現兩種情況:在該方向上沒有位移的質子不會受兩次梯度場強的影響而失相位，而移動的質子因兩次梯度場引起的相位變化不能相互抵消，而失相位信號衰減。

2.DWI通過測量施加擴散敏感梯度場前后組織發生的信號強度變化，來檢測組織中水分子擴散狀態（自由度及方向），后者可間接反映組織微觀結構特點及其變化。

體素中水分子都存在一定程度的擴散運動，其方向是隨機的，而在擴散梯度場方向上的擴散運動將造成體素信號的衰減，如果水分子在敏感梯度場方向上擴散越自由，則在擴散梯度場施加期間擴散距離越大，經歷的磁場變化也越大，組織信號衰減越明顯。

三、技術要點

1.DWI上組織信號強度的衰減主要因素：

1）擴散敏感梯度場的強度，強度越大組織信號衰減越明顯；

2）擴散敏感梯度場持續的時間，時間越長組織信號衰減越明顯；

3）兩個擴散敏感梯度場的間隔時間，間隔時間越長，組織信號衰減越明顯；

4）組織中水分子的擴散自由度，在擴散敏感梯度場施加方向上水分子擴散越自由，組織信號衰減越明顯。

2.b值對DWI的影響：DWI技術中把施加的擴散敏感梯度場參數稱為b值或稱擴散敏感系數。

1）

b值代表擴散敏感系數；r代表磁旋比；Gi和Gj分別為i軸和j軸上的磁場梯度強度；δ代表梯度場持續時間；Δ代表兩個梯度場間隔時間。

2）

b值的選擇（表示應用的梯度磁場的時間、幅度、形狀）

b值越高，擴散的權重越重

b值越高，信號越弱

b值越高，信噪比越差

b值越高，相同TR內可采集的層數越少

因會出現周圍神經的刺激癥狀也限制了太高的b值。

較小的b值可得到的較高信噪比的圖像，但對水分子擴散運動的檢測不敏感。

3）因此，b值的選擇非常重要，用小b值進行DWI，在一定程度上反映了局部組織的微循環灌注，但所測得的ADC值穩定性較差，且易受其他生理活動的影響，不能有效反映水分子的彌散運動；用大b值進行DWI，所測得的ADC值受局部組織的微循環灌注影響較小，能較好反映水分子的彌散運動，因此，大b值進行DWI稱高彌散加權成像，用小b值進行DWI稱低彌散加權成像。b=0時產生無彌散加權的t2wi。

4）擴散圖像的b值的選擇主要應滿足以下三個條件：

（1）能夠清晰顯示和分辨被檢組織。

（2）有效抑制t2透射效應對擴散圖像的影響。

（3）應用盡可能高的b值，使被檢組織的ADC值更接近組織的真實D值。

三、DWI的方向性：

DWI是反映擴散敏感梯度場方向上的擴散運動，為了全面反映組織在各方向上的水分子擴散情況，需要在多個方向上施加擴散敏感梯度場。如果在多個方向（6個以上方向）分別施加擴散敏感梯度場，則可對每個體素水分子擴散的各向異性作出較為準確的檢測，這種MRI技術稱為擴散張量成像（diffusion

tensor

imaging，DTI）。利用DTI技術可以很好地反映白質纖維束走向，對于腦科學的研究將發揮很大的作用。

四、擴散系數和表觀擴散系數

1.分子布朗運動的方向是隨機的，其在一定方向上的彌散距離與相應彌散時間的平方根之比為一個常數，這個常數稱為擴散系數D。表示一個水分子單位時間內隨機彌散運動的平均范圍，其單位為mm2/s。通過對施加擴散敏感梯度場前后的信號強度檢測，在得知b值的情況下，我們可以計算組織的擴散系數，需要指出的是造成組織信號衰減不僅僅是水分子的擴散運動，水分子在擴散敏感梯度場方向上各種形式的運動（或位置移動）還將造成組織信號的衰減。

2.影響因素：

1）微觀因素：體液流動、細胞的滲透性和溫度、毛細血管灌注、細胞內外水的黏滯度、膜通透性的方向。

2）宏觀因素：呼吸、搏動、蠕動等。

3.因此利用DWI上組織信號強度變化檢測到的不是真正的擴散系數，它還會受到其他形式水分子運動的影響。我們把檢測到的擴散系數稱為表觀擴散系數（apparent

diffusion

coeffecient，ADC）。

實際工作中用表觀擴散系數(ADC)

來代替真正的擴散系數，前者常明顯大于后者。

ADC

值的大小取決于成像物質及其內部分子的空間分布，b值的選擇，場強……

4.計算組織的ADC值至少需要利用2個以上不同的b值，其計算公式如下：

ADC=

ln（SI低/SI高）/（b高－b低）

式中SI低表示低b值DWI上組織的信號強度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號強度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對數。

五、（一）T2透射效應（T2

shine

through）

1.DWI序列是在SE序列基礎上施加了彌散梯度的長TR長TE序列，無法消除T2WI效應影響，這樣也使DWI信號強度的變化與ADC的變化并不一致。

2.由于t2延長作用使DWI上出現高信號，但ADC值升高，稱為T2透射效應。

（二）T2廓清效應（Washout）

ADC值升高和t2WI高信號的綜合結果造成DWI成等信號。

常見于血管源性水腫。

（三）T2暗化效應

由于t2低信號而造成的DWI低信號。

多見于出血性病變。

通常發生順磁性磁敏感偽影。

六、偽影：

渦漩電流偽影，磁敏感偽影，N/2鬼影，化學位移偽影，運動偽影

七、臨床應用：

（一）急性期腦梗死

病理生理：

1、急性期：

血供中斷，細胞缺血、缺氧，Na-K

ATP酶，大量Na離子進入細胞內

細胞水腫（細胞毒性水腫）。細胞內結構腫脹，擴散受限，細胞內能量代謝障礙導致細胞器裂解，產生大量碎片，造成細胞內粘度增加，胞漿流動減慢，導致擴散進一步受限細胞外間隙縮小，擴散受限。

正常組織，水分子隨機運動，呈低信號。

細胞毒性組織，水分子運動受限，呈高信號。

2.MRDWI檢查，則在發病后20～30min，即可見到局部的擴散作用增加，呈現相應的病理MR信號（高信號）。因此DWI序列又稱為中風序列。

3.DWI反映的是細胞毒性水腫。

T2WI反映的是血管源性水腫。CT反映的是腦組織的壞死和水腫。