MR扩散加权成像(DWI)是目前唯一能检测活体组织内水分子扩散运动的无创性方法。
一、扩散、各向同性扩散及各向异性扩散
扩散( diffusion)是指热能激发使分子发生的一种微观、随机运动，又称布朗运动。由于人体MR检查主要对水分子中的质子成像，因此，DWI检测的就是组织内水分子的扩散运动。
人体组织结构不同会导致水分子扩散运动在各方向上所受限制的差异，如果水分子在各方向上的限制性扩散对称，就称之为各向同性扩散( isotropic diffusion)；若水分子在各方向上的限制性扩散不对称，则称之为各向异性扩散( anisotropic diffusion)。
各向异性扩散在人体组织中普遍存在，以脑白质神经纤维束最为典型，表现为沿神经纤维长轴方向的水分子扩散较自由，而在与神经纤维长轴垂直方向上的水分子的扩散则受细胞膜和髓鞘的限制。
二、扩散加权成像技术要点
1.影响扩散加权成像组织信号衰减的因素 :
①扩散敏感梯度场的强度；
②扩散敏感梯度场持续时间；
③两个扩散敏感梯度场的间隔时间；
④组织中水分子的扩散程度。
2.b值及其对扩散加权成像的影响：把施加扩散敏感梯度场的参数称为b值，又称扩散敏感系数。在自旋回波—回波平面DWI序列中，
式中：γ代表磁旋比；G代表扩散梯度场强度；Δ代表扩散梯度场持续时间；δ代表两个扩散梯度场的间隔时间。b值的选择对DWI有重要意义。
应用过高b值带来的问题是：
①显著降低DWI图像信噪比；
②延长TE使信噪比进一步降低；
③对周围神经的刺激加重，限制其应用。
应用过低b值可出现：
①检测水分子扩散运动就不敏感；
②组织信号衰减受其他运动(组织血流灌注造成水分子运动等)的影响会增大。
脑扫描通常选择b值800~1200s/m㎡
体部扫描则选择b值为400~1000s/m㎡
3.扩散加权成像的方向性：由于仅在施加扩散敏感梯度场方向上的运动才有相位变化，因此，DWI只能检测扩散敏感梯度场方向上的扩散运动。为了全面反映组织各方向的水分子扩散情况，就需要在多个方向上施加扩散敏感梯度场。
正是由于DWI具有方向性，才能反映组织扩散的各向异性。常规颅脑DWI时通常在多个方向：即读出方向(左右)、相位方向(前后)、层面方向(上下)，都施加扩散敏感梯度场，得到融合的所谓 DWI Trace图像。
4.扩散系数和表观扩散系数：布朗运动是一种无规则的热运动。由于布朗运动的随机性，其运动的快慢无法用速度来表示，而是用单位时间内分子在某一方向位移的统计平均值，即弥散系数表示。公式为：(r2-r0) x (r1-r0)=6Dt。式中：r0代表分子在零点时的位置；r1代表分子在第一个时间点上的位置；r2代表分子在第二个时间点上的位置，D代表弥散系数；t代表从r0到r2点的时间间隔；弥散系数的单位为：m㎡/s。把检测到的扩散系数称为表观扩散系数(ADC)。计算公式：ADC=In(Sl低/SI高)/(b高-b低)式中：Sl低表示低b值DWI上组织的信号强度(b值可以是0)；SI高表示高b值DWI上组织的信号强度；b高表示高b值；b低表示低b值；n表示自然对数。从式中可知，要计算组织的ADC值至少需要利用2个以上不同的b值。DWI图像中含有T2成分的这种现象，称为T2透射效应。
三、常用扩散加权成像序列
梯度回波序列、自旋回波序列、快速自旋回波序列、单次激发快速自旋回波序列均可用于扩散加权扫描，获得T1加权、T2加权或T2*加权像。
1.单次激发自旋回波-回波平面DWI序列：该序列若不施加扩散敏感梯度场，得到的将是T2WI，在T2WI基础上施加扩散敏感梯度场即可得到DWI。b值一般为1000s/m㎡，TR为无穷大，TE为50-100ms。该序列的成像速度快，单层图像的TA在数十至100ms之间。该序列在场强1.0T以上的MR机上使用。
2.自旋回波线扫描DWI序列：自旋回波线扫描DWI的原理与自旋回波-回波平面DWI相同，但是采用的序列和MR信号采集方式有所不同，该技术主要用于低场强MRI机。自旋回波线扫描DWI采用的是自旋回波序列，也是在180°相位重聚脉冲两侧施加扩散敏感梯度场。由于每个回波采集到的是一条线，因此称为线扫描。线扫描采集的每个回波是一维的，只有频率编码，由于利用不断变换位置的矢状面激发来代替相位编码，因而线扫描没有相位编码。
四、扩散加权成像的临床应用
DWI在临床上主要用于超急性脑梗死的诊断和鉴别诊断。在DWI上超急性和急性梗死脑组织表现为高信号，其显示梗死区明显早于常规T1和T2加权像。其他脑组织病变如多发硬化的活动病灶、部分肿瘤、血肿、脓肿等也可表现为DWI高信号。DWI还可用于其他脏器和组织，如肝脏、肾脏、乳腺、脊髓、骨髓等的诊断和鉴别诊断。
五、MR扩散张量成像
如果在6个以上方向施加扩散敏感梯度场，则可检测每个体素水分子扩散的各向异性，该技术称扩散张量成像( diffusion tensor imaging，DTI)，可以反映白质纤维束走向在神经科学研究中发挥着重要的作用。
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