精編DWI原理和應(yīng)用-磁共振dwi是什么檢查

1、DWI原理和應(yīng)用|磁共振dwi是什么檢查一、DWI的概念 1.定義： 彌散又稱擴(kuò)散，是指分子從周圍環(huán)境的熱能中獲取運(yùn)動(dòng)能量而使分子發(fā)生的一連串的、小的、隨機(jī)的位移現(xiàn)象并相互碰撞，也稱分子的熱運(yùn)動(dòng)或布朗運(yùn)動(dòng)。 2. DWI技術(shù)就是檢測(cè)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方法之一，由于一般人體MR成像的對(duì)象是質(zhì)子，主要是水分子中的質(zhì)子，因此DWI技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)檢測(cè)人體組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限制的方向和程度等信息間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。 3. 生物組織內(nèi)的水分子的擴(kuò)散分為三大類：細(xì)胞外擴(kuò)散，細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，跨膜擴(kuò)散，且擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受到組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器和組織大分子的影響。 4. 影響水分子彌散的因素：膜結(jié)構(gòu)的阻擋，大分子蛋

2、白物質(zhì)的吸附，微血管內(nèi)流動(dòng)血液的影響（？）。 5. DWI中的水分子： 1） 無(wú)創(chuàng)探測(cè)活體組織中水分子擴(kuò)散的唯一方法 2） 信號(hào)來(lái)源于組織中的自由水 3） 結(jié)合水盡管運(yùn)動(dòng)受限，但仍不能產(chǎn)生信號(hào) 4） 不同組織對(duì)自由水?dāng)U散限制程度不同 5） 產(chǎn)生DWI對(duì)比 6） 檢測(cè)組織中自由水限制性擴(kuò)散的程度 6. 常規(guī)DWI，主要對(duì)細(xì)胞外自由水運(yùn)動(dòng)敏感 T2WI基礎(chǔ)上，施加擴(kuò)散梯度，組織信號(hào)衰減 1） 自由水?dāng)U散越自由=信號(hào)丟失多，DWI信號(hào)越低 2） 自由水?dāng)U散越受限=信號(hào)丟失少，DWI信號(hào)越高 7. 在均勻介質(zhì)中，任何方向的彌散系數(shù)都相等，這種彌散稱為各向同性擴(kuò)散（eg.腦脊液）；在非均勻介質(zhì)中，各方向

3、的彌散系數(shù)不等，這種彌散稱為各向異性擴(kuò)散（eg.腦白質(zhì)纖維素）。 各向異性擴(kuò)散在人體組織中是普遍存在的，其中最典型的是腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束。水分子在神經(jīng)纖維長(zhǎng)軸方向上擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相對(duì)自由，而在垂直于神經(jīng)纖維長(zhǎng)軸的方向上，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將明顯受到細(xì)胞膜和髓鞘的限制。 二、 DWI的原理 1.以SE-EPI序列來(lái)介紹DWI的基本原理。 射頻脈沖使體素內(nèi)質(zhì)子的相位一致，射頻脈沖關(guān)閉后，由于組織的T2弛豫和主磁場(chǎng)不均勻?qū)⒃斐少|(zhì)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?cè)谀硞€(gè)方向上施加一個(gè)擴(kuò)散梯度場(chǎng)，人為在該方向上制造磁場(chǎng)不均勻，造成體素內(nèi)質(zhì)子群失相位，然后在施加一個(gè)強(qiáng)度與持續(xù)

4、時(shí)間完全相同的反向擴(kuò)散梯度場(chǎng)，則會(huì)出現(xiàn)兩種情況:在該方向上沒(méi)有位移的質(zhì)子不會(huì)受兩次梯度場(chǎng)強(qiáng)的影響而失相位，而移動(dòng)的質(zhì)子因兩次梯度場(chǎng)引起的相位變化不能相互抵消，而失相位信號(hào)衰減。 2. DWI通過(guò)測(cè)量施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)前后組織發(fā)生的信號(hào)強(qiáng)度變化，來(lái)檢測(cè)組織中水分子擴(kuò)散狀態(tài)（自由度及方向），后者可間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其變化。 體素中水分子都存在一定程度的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其方向是隨機(jī)的，而在擴(kuò)散梯度場(chǎng)方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將造成體素信號(hào)的衰減，如果水分子在敏感梯度場(chǎng)方向上擴(kuò)散越自由，則在擴(kuò)散梯度場(chǎng)施加期間擴(kuò)散距離越大，經(jīng)歷的磁場(chǎng)變化也越大，組織信號(hào)衰減越明顯。 三、 技術(shù)要點(diǎn) 1.DWI上組織信號(hào)強(qiáng)度的衰

5、減主要因素： 1）擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大組織信號(hào)衰減越明顯； 2）擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)持續(xù)的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)組織信號(hào)衰減越明顯； 3）兩個(gè)擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)的間隔時(shí)間，間隔時(shí)間越長(zhǎng)，組織信號(hào)衰減越明顯； 4）組織中水分子的擴(kuò)散自由度，在擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)施加方向上水分子擴(kuò)散越自由，組織信號(hào)衰減越明顯。 2.b值對(duì)DWI的影響：DWI技術(shù)中把施加的擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)參數(shù)稱為b值或稱擴(kuò)散敏感系數(shù)。 1） b值代表擴(kuò)散敏感系數(shù)；r代表磁旋比；Gi和Gj分別為i軸和j軸上的磁場(chǎng)梯度強(qiáng)度；代表梯度場(chǎng)持續(xù)時(shí)間；代表兩個(gè)梯度場(chǎng)間隔時(shí)間。 2） b值的選擇（表示應(yīng)用的梯度磁場(chǎng)的時(shí)間、幅度、形狀） b值越高，擴(kuò)散的權(quán)重越重

6、 b值越高，信號(hào)越弱 b值越高，信噪比越差 b值越高，相同TR內(nèi)可采集的層數(shù)越少 因會(huì)出現(xiàn)周圍神經(jīng)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(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)不敏感。 3）因此，b值的選擇非常重要，用小b值進(jìn)行DWI，在一定程度上反映了局部組織的微循環(huán)灌注，但所測(cè)得的ADC值穩(wěn)定性較差，且易受其他生理活動(dòng)的影響，不能有效反映水分子的彌散運(yùn)動(dòng)；用大b值進(jìn)行DWI，所測(cè)得的ADC值受局部組織的微循環(huán)灌注影響較小，能較好反映水分子的彌散運(yùn)動(dòng)，因此，大b值進(jìn)行DWI稱高彌散加權(quán)成像，用小b值進(jìn)行DWI稱低彌散加權(quán)成像。b=0時(shí)產(chǎn)生無(wú)彌散加權(quán)的t2wi。 4）擴(kuò)散圖像的b

7、值的選擇主要應(yīng)滿足以下三個(gè)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(yīng)對(duì)擴(kuò)散圖像的影響。 （3）應(yīng)用盡可能高的b值，使被檢組織的ADC值更接近組織的真實(shí)D值。 三、DWI的方向性： DWI是反映擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，為了全面反映組織在各方向上的水分子擴(kuò)散情況，需要在多個(gè)方向上施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)。如果在多個(gè)方向（6個(gè)以上方向）分別施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)，則可對(duì)每個(gè)體素水分子擴(kuò)散的各向異性作出較為準(zhǔn)確的檢測(cè)，這種MRI技術(shù)稱為擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）。利用DTI技術(shù)可以很好地反映白質(zhì)纖維束走向，對(duì)于腦科學(xué)的研究將發(fā)揮很

8、大的作用。 四、擴(kuò)散系數(shù)和表觀擴(kuò)散系數(shù) 1.分子布朗運(yùn)動(dòng)的方向是隨機(jī)的，其在一定方向上的彌散距離與相應(yīng)彌散時(shí)間的平方根之比為一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)稱為擴(kuò)散系數(shù)D。表示一個(gè)水分子單位時(shí)間內(nèi)隨機(jī)彌散運(yùn)動(dòng)的平均范圍，其單位為mm2/s。通過(guò)對(duì)施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)前后的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，在得知b值的情況下，我們可以計(jì)算組織的擴(kuò)散系數(shù)，需要指出的是造成組織信號(hào)衰減不僅僅是水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，水分子在擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)方向上各種形式的運(yùn)動(dòng)（或位置移動(dòng)）還將造成組織信號(hào)的衰減。 2. 影響因素： 1）微觀因素：體液流動(dòng)、細(xì)胞的滲透性和溫度、毛細(xì)血管灌注、細(xì)胞內(nèi)外水的黏滯度、膜通透性的方向。 2）宏觀因素：呼吸、搏動(dòng)、蠕動(dòng)等

9、。 3.因此利用DWI上組織信號(hào)強(qiáng)度變化檢測(cè)到的不是真正的擴(kuò)散系數(shù)，它還會(huì)受到其他形式水分子運(yùn)動(dòng)的影響。我們把檢測(cè)到的擴(kuò)散系數(shù)稱為表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coeffecient，ADC）。 實(shí)際工作中用表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC) 來(lái)代替真正的擴(kuò)散系數(shù)，前者常明顯大于后者。 ADC 值的大小取決于成像物質(zhì)及其內(nèi)部分子的空間分布，b值的選擇，場(chǎng)強(qiáng) 4.計(jì)算組織的ADC值至少需要利用2個(gè)以上不同的b值，其計(jì)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(hào)強(qiáng)度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度；b高表示高

10、b值；b低表示低b值；ln表示自然對(duì)數(shù)。 五、 （一）T2透射效應(yīng)（ T2 shine through ） 1.DWI序列是在SE序列基礎(chǔ)上施加了彌散梯度的長(zhǎng)TR長(zhǎng)TE序列，無(wú)法消除T2WI效應(yīng)影響，這樣也使DWI信號(hào)強(qiáng)度的變化與ADC的變化并不一致。 2.由于t2延長(zhǎng)作用使DWI上出現(xiàn)高信號(hào)，但ADC值升高，稱為T2透射效應(yīng)。 （二）T2廓清效應(yīng)（Washout） ADC值升高和t2WI高信號(hào)的綜合結(jié)果造成DWI成等信號(hào)。 常見(jiàn)于血管源性水腫。 （三）T2暗化效應(yīng) 由于t2低信號(hào)而造成的DWI低信號(hào)。 多見(jiàn)于出血性病變。 通常發(fā)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(xué)位移偽影，運(yùn)動(dòng)偽影 七、 臨床應(yīng)用： （一） 急性期腦梗死 病理生理： 1、急性期： 血供中斷，細(xì)胞缺血、缺氧，Na-K ATP酶，大量Na離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 細(xì)胞水腫（細(xì)胞毒性水腫）。細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)腫脹，擴(kuò)散受限，細(xì)胞內(nèi)能量代謝障礙導(dǎo)致細(xì)胞器裂解，產(chǎn)生大量碎片，造成細(xì)胞內(nèi)粘度增加，胞漿流動(dòng)減慢，導(dǎo)致擴(kuò)散進(jìn)一步受限細(xì)胞外間隙縮小，