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1、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v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。vDWI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的历史及进展v1950年Hahn提出弥散对MRI信号强度的影响；v1954年Carr和Purcell以SE序列为基础测得水的弥散系数 ；v1961年Woessner扩展到利用受激回波序列的测量；v196
2、5年Stejskal和Tanner引入脉冲梯度进行弥散敏化；v1986年Le Bihan等首次将DWI应用于生物组织中。DWI基本原理v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（Ficks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。v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 diffusi
3、on)。v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；v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)。vDWI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
4、明显低信号。vDWI成像序列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。v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。vDWI定量分析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。v 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
5、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。ADCln(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=(A)(-3)为旋磁比，、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、，仅通过改变A的
6、大小而获 得不同的b值。v 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。v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。v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。v通常b值取1000s/mm3，成二组图像：b=0和b=1000。b=0 b=1000vDWI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）vADC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）veADC图：弥散受限组织信号高，自由弥
7、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临床应用v中枢神经系统v超急性期和急性期脑缺血v感染v脱髓鞘病变v肿瘤vDWI对超急性和急性脑梗塞的检出敏感性为88100， 特异性为86100。v能够鉴别新鲜与陈旧性梗塞灶，并能评估预后。v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）。v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。v对一过性缺血发作（TIA）显示优于常规MRI。DWI ADC 超急性期脑梗死DWI临床应用v中枢神经系统v超急性期和急性期脑缺血v感染v脱髓鞘病变v肿瘤v化脓性感染：脓腔于DWI呈均
8、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。v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。v一定程度上鉴别疱疹性脑炎和颞叶浸润性胶质瘤。脑脓肿DWI临床应用v中枢神经系统v超急性期和急性期脑缺血v感染v脱髓鞘病变v肿瘤v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。v可靠鉴别脱髓鞘和梗死灶。DWI临床应用v中枢神经系统v超急性期和急性期脑缺血v感染v脱髓鞘病变v肿瘤v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，A
9、DC类 似脑实质低于CSF信号。v鉴别脑脓肿和肿瘤囊变（坏死）。v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v骨骼肌肉系统v肝脏v乳腺v卵巢v心脏v肾脏肝血管瘤子宫肌瘤磁共振弥散张量成像v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。v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、
10、正确地 评价不同组织各向异性的特点。v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。v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。v 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。v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。v扫描应用序列单次激发自旋回波平面成像(EPI)序列。v定量
11、分析各向异性程度的参数vFA（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01，0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。vRA（相对各向异性度，relative anisotropy)vVR（容积比，volume ratio)v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。v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。v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v大脑的发育v梗塞v变性性疾病：MSv感染性病变v肿瘤性病变v其他：脑功能和精神改变 DTI在其他系统的临床应用vDTI在心脏的应用vDTI在肾脏的临床应用vDTI在骨骼肌的临床应用 小 结v弥散成像是显示组织微观物理特性真正的定量方法。vDTI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。vDWI和DTI在中枢神经系统中有广泛的应用。谢 谢！
