DWI臨床应用进展.doc

DWI临床应用进展 （一）DWI基本理论 FIG. 001 DWI (Diffusion Weighted Imaging)——扩散或弥散加权成像 一、扩散的基本概念 扩散(diffusion)是指分子热能激发而使分子发生一种微观、随机的平移运动并相互碰撞，也称分子的热运动或布朗运动。任何分子都存在扩散运动。通过一些特殊的技术可以检测这种分子的微观扩散运动。DWI技术就是检测这种微观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技术实际上检测的是人体组织内水分子的扩散运动。 如果水分子扩散运动不受任何约束，我们称之为自由扩散运动。事实上，生物组织中的水分子因受周围介质的约束，其扩散运动将受到不同程度的限制，称之为限制性扩散。在人体中，脑脊液、尿液等水分子扩散运动所受限制相对小，被视为自由扩散，而一般组织中水分子的扩散运动属于限制性扩散。在人体组织中，由于组织结构的不同，限制水分子扩散运动的阻碍物的排列和分布也不同，水分子的扩散运动在各方向上受到的限制可能是对称(称为各向同性扩散)，也可能是不对称的(称为各向异性扩散)。实际上DWI就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，间接反映组织微观结构的变化。 FIG. 002 二、DWI原理 以目前最常用的SE-SSEPI (Spin Echo-Single Shot EchoPlanar Imaging, 自旋回波-单次激发回波平面成像)序列为例简单介绍。 FIG. 003 三、DWI上组织信号衰减的影响因素 DWI是通过另外施加扩散敏感梯度场而获得，与未施加扩散敏感梯度场的序列相比，DWI上各种组织的信号均衰减，只是衰减的程度有所不同而已。DWI上组织信号强度的衰减程度与下列因素呈正相关：1）扩散敏感梯度场的强度；2）扩散敏感梯度场持续的时间；3）两个扩散敏感梯度场的时间间隔；4）在扩散敏感梯度场施加方向上组织中水分子的扩散自由度。 FIG. 004 四、b值及其对DWI的影响 b值为施加的扩散敏感梯度场参数，或称扩散敏感系数。在常用SE-EPI DWI序列中b值公式如下： b值=γ2G2δ2(Δ-δ/3) 式中γ代表旋磁比；G代表梯度场强度；δ代表梯度场持续时间；Δ代表两个梯度场间隔时间。 b值越高对水分子扩散越敏感，但太高的b值得到的DWI信噪比(SNR)可能很低；较小的b值得到的DWI信噪比较高，但对水分子扩散运动的检测不敏感，而且组织信号的衰减受其他运动的影响较大，如组织血流灌注造成水分子运动等，这些运动模式相对水分子的扩散运动来说要明显的多。因此，扩散敏感梯度场参数(扩散敏感系数)b又称为弥散权重系数。 FIG. 005 五、扩散系数和表观扩散系数 在DWI上造成组织信号衰减不仅仅是水分子的扩散运动，水分子在扩散敏感梯度场方向上各种形式的运动(或位置移动)都造成组织信号的衰减，如组织血流灌注中水分子运动，即其他生理运动等。SE-EPI由于采集速度很快，基本可以冻结组织多数的生理运动，但无法消除血流灌注对组织信号的影响。因此，通过对施加扩散敏感梯度场前后的信号强度检测，在得知b值的情况下可以计算组织的扩散系数，但不是真正的扩散系数，而将会是受到其他形式水分子运动的影响。所以，只能把检测到的扩散系数称为表观扩散系数(Apparent Diffusion Coefficient, ADC)。其计算公式如下： ADC=ln(SI低/SI高)/(b高-b低) 式中ln为自然对数；b高、b低分别表示高b值和低b值；SI低、SI高分别表示低b值、高b值DWI上组织的信号强度。从式中可以看出，要计算组织的ADC值，至少需要利用2个以上不同的b值。 ADC图不是一个独立的检查序列技术，而是在DWI检查以后，利用工作站处理而得到的、反映ADC值高低的黑白灰节图像。 FIG. 006 六、注意点 1、ADC值是反映水分子弥散和毛细血管微循环(灌注)的人工参数，在小b值情况下受灌注的影响更大。用小b值进行DWI，在一定程度上反映了局部组织的微循环血流灌注，但所测得的ADC值稳定性较差，且易受其他生理运动的影响，不能有效反应水分子的弥散运动。用大b值进行DWI，所测得的ADC值受血流灌注影响较小，能较好反映组织内水分子的弥散运动。因此，大b值进行DWI称高弥散加权成像，小b值进行DWI称低弥散加权成像。 2、DWI的信号强度除反映表观弥散系数值的大小外，还受组织的T2弛豫时间的影响，这种现象称为透过效应（shine through。由于DWI信号中有T2的影响(T2透过效应)，DWI高信号应该查看ADC图，ADC值下降才真正反应水分子移动受限。ADC能真实反映弥散情况。FIG. 007 DWI检测超急性期缺血性中风 脑梗塞的病理生理：当脑的