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磁共振扩散加权成像（DWI和ADC图）基本原理及临床应用展开全文什么是功能磁共振成像？以常规T1WI和T2WI为主的各种磁共振成像技术，主要显示人体器官或组织的形态结构及其信号强度变化，统称常规MRI检查或常规MR成像序列。
随着MRI系统硬件和软件的发展，相继出现了多种超快速成像序列（如EPI技术），单次采集数据的时间已缩短至毫秒。
以超快速成像序列为主的MRI检查，能够评价器官的功能状态，揭示生物体内的生理学信息，统称为功能磁共振成像，或功能性成像技术（functional imaging techniques）。
这些技术包括弥散加权成像（DWI）、灌注加权成像（PWI），脑功能成像（fMRI），心脏运动和灌注实时成像（real-time imaging），磁共振波谱成像（MRS），全身成像，磁共振显微成像等。
b因子在弥散加权成像中有何作用？弥散（diffusion）是描述水和其他小分子随机热运动（布朗运动）的术语。
宏观看，水分子的净移动可通过表观弥散系数（ADC）描述，并通过应用两个梯度脉冲测量，其成像机制与相位对比MRA类似。
DWI 的信号强度变化取决于组织的ADC状态和运动敏感梯度（MPG）的强度。
MPG由b因子（即弥散梯度因子，又称b值）控制。
b因子实际上决定ADC参与构成图像对比度的份额，即弥散权重的程度。
在DWI 扫描序列中，如果采用长TR和长TE，且b=0，将形成普通的T2WI 对比（SE-EPI）或T2*WI对比（GRE-EPI）图像。
随着b因子增大（通常为500~1000s/mm2），图像的对比度也由T2权重逐步向弥散权重转变。
当MR图像中病变组织的高信号并非由于T2时间延长，而是反映ADC降低时，就形成所谓的DWI。
是否开启MPG是DWI 与常规MRI的不同点。
如何分析DWI和ADC图？弥散加权序列扫描产生2种图像，即弥散图（DWI）和ADC图。
在弥散图中，病变或受损组织的信号强度往往高于正常组织，而弥散自由度最大区域的信号强度最低，这使病变组织在DWI的信号表现类似于常规“T2WI”。
DWI的原理及临床应用1. DWI简介扩散加权成像（Diffusion-Weighted Imaging，简称DWI）是一种基于核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI）的技术，它通过测量水分子在组织中的自由扩散，提供了关于组织微结构的信息。
DWI在医学影像学领域具有广泛的临床应用。
2. DWI的原理DWI是基于水分子的自由扩散现象来获取影像信息的。
水分子在组织中的自由扩散受到许多因素影响，例如细胞膜的完整性、细胞分布密度以及细胞内外溶液的分子浓度等。
DWI使用一种特殊的梯度来限制水分子的自由扩散，从而使得在某个方向上的水分子质量浓度的变化能够更容易地被检测到。
通过对不同方向上的梯度进行扫描和测量，可以获得组织中水分子自由扩散的信息。
3. DWI的临床应用DWI在临床应用中具有广泛的用途，以下是一些常见的应用。
3.1 脑卒中和脑损伤评估DWI可以用来评估脑卒中和脑损伤患者的病情。
脑卒中后，受损的脑组织中的水分子的自由扩散会受到限制，导致DWI图像上的信号改变。
通过对DWI图像的分析，可以帮助医生判断脑卒中患者的病情严重程度以及影响范围。
3.2 肿瘤检测和分析DWI可以用于肿瘤的检测和分析。
肿瘤组织中的细胞密度常常较高，导致水分子的自由扩散受到限制。
因此，DWI可以准确地检测出肿瘤的存在，并提供关于肿瘤的信息，例如肿瘤的大小、位置和形态。
3.3 炎症和感染的评估DWI也可以用于炎症和感染的评估。
炎症和感染通常导致组织细胞密度的增加，从而限制水分子的自由扩散。
通过对DWI图像进行分析，可以检测出炎症和感染的存在，并提供有关病情的额外信息。
3.4 白质疾病的诊断DWI是评估白质疾病的一种重要工具。
白质疾病是指影响脑的白质部分的一类疾病，例如白质卒中和多发性硬化症。
通过检测和分析DWI图像，可以帮助医生判断白质疾病的类型和程度。
3.5 弥漫性疾病的检测DWI还可以用于检测一些弥漫性疾病，如弥漫性肝病和弥漫性肾病。
磁共振DWI的原理及应用1. 介绍磁共振扩散加权成像（Diffusion-Weighted Imaging，DWI）是一种用于检测组织水分子运动状态的成像技术。
通过测量水分子在生物组织内的随机热运动，可以提供有关组织微结构及功能的信息。
本文将介绍磁共振DWI的原理及其在临床应用中的重要性。
2. 原理磁共振DWI的原理基于分子热运动对水分子的偏移造成的相位差异。
在常规磁共振成像中，脉冲序列通过对磁化强度和相位信息进行编码来生成图像。
而对于DWI，通过应用梯度场，在磁化感应的基础上加入梯度方向对水分子进行编码。
这样可以探测水分子在组织中的扩散运动。
3. 应用3.1 体内器官的病理检测•DWI可以用于检测与炎症相关的组织病理变化，如脑梗死、炎性肠病等。
通过检测组织的扩散系数，可以提供与病变强度和范围相关的信息。
•在肿瘤学中，DWI被广泛应用于检测肿瘤的早期诊断和治疗反应。
高度病态的组织通常会导致DWI成像中高信号区域的出现。
3.2 脑部疾病诊断•DWI广泛应用于脑部疾病的诊断，如脳梗死、脳炎等。
脑组织中的扩散系数变化可以提供关于缺血和细胞水肿的信息。
•在癫痫诊断中，DWI可以检测到癫痫灶附近的水肿，帮助确定病灶的位置和范围。
3.3 肝脏疾病诊断•DWI在肝脏疾病中的应用日益重要。
例如，肝癌和肝血供不良通常导致肝组织的扩散系数下降，可以通过DWI成像来检测和定量评估这些疾病。
3.4 心脏疾病的评估•DWI可用于评估心肌梗死区域的程度和扩散变化。
心肌梗死区域通常导致水分子的扩散减慢，可以通过DWI成像来定量评估。
3.5 肾脏疾病的评估•DWI可以用于评估肾脏疾病，如肾癌、肾血供不足和肾梗死等。
通过测量肾组织的扩散系数，可以提供关于肾功能和病理变化的定量信息。
4. 结论磁共振DWI作为一种非侵入性的成像技术，可以提供关于组织微结构和功能的有用信息。
其在医学诊断和临床应用中的重要性不断增加。
通过对DWI成像的分析和评估，可以帮助医生对疾病进行早期诊断、评估治疗反应以及指导治疗方案的制定。
DWI的基本原理和临床应用
参考资料：复旦大学附属华山医院
弥散加权成像的原理（DWI）A 弥散张力成像的原理（DTI）B 弥散加权成像的临床应用
C 目录
核磁共振技术
1950年Hahn首次注意到水弥散对MR信号
的影响
1954年Carr和Durcell通过SE序列技术
用MR发现了弥散
1965年Stejskal和Tanner将之发展为可
成像、可测量的磁共振技术
弥散加权成像原理（Diffusion-weighted imaging ，DWI）
· 弥散加权成像是建立在MRI流动效应基础上的成像方法。
· DWI观察的对象是水分子的流动扩散现象。
· DWI图像构成反应的水分子弥散的速度，而不是T1或T2的权重。
· 在均质的水中，水分子的流动扩散是一种完全随机的热运动。
· 人体组织中，由于存在各种各样的屏障物，水分子的自由流动扩散活动就会受到影响。
· 依赖于扩散方向的水分子活动称为各向异性，即在水分子活动的各个方向上其扩散规律不是随机均等的，而是有扩散方向上的不均匀性。
· 在非均一的磁场（空间上不均匀的磁场）环境下，因水分子弥散而产生的质子随机活动会造成MR信号的下降。
· 在梯度磁场较小时，它的作用是很微弱的。
· 当在三维空间（X、Y、Z轴）任一方向上使用一预先准备的高场强梯度磁场时，水分子的弥散造成的MR信号改变就不再是微不足道的了，而是“可见的”了。
· MR弥散加权成像实际是在MR原有图像对比上出现的一种新的独特的图像对比。
DWI的脉冲程序示意图（Stejskal-Tanner技术）
第一个梯度脉冲
组织内质子失相位
弥散慢的水分子弥散快的水分子大部分出现再聚焦
第二个再聚焦脉冲
维持原有的信号强度（相对的高信号）信号降低不能再聚焦
水分子的弥散是分子热运动引起的随机活动，水分子沿一个方向随机“移动”的路径已由Einsten的公式描述：
ll=2DD t
式中ll为随机“移动”的距离，D为弥散系数。
t为观察时间。
如果从三维空间来描述水分子的随机“走动”，则公式为：
ll=6DDDD
· 在观察时间非常短时，水分子的弥散活动可看作是在纯水中进行，即是随机的活动。
但当观察时间延长到水分子的活动足以遇到屏障时，形势就不完全一样了。
· D* （表观弥散系数，也称为Apparent diffusion
coefficient ，ADC）代替D。
D*的值依赖于观测水分子活动时间的长短，这一时间称为弥散时间Td。
· D*的不同取决于Td和屏障的空间大小、几何外形和渗透率。
一般地讲，D*要小于水分子活动无限制的弥散系数D，但当Td接近于0或无限大时，D*和D将很接近。
在不考虑较小的层面选择梯度磁场时，弥散衰减系数R 如下式所示：
式中，γγ为旋磁比，G 是梯度脉冲的振幅，δδ是振幅宽度，ΔΔ是梯度脉冲间隔时间。
对PGSE 来讲Td=ΔΔ-1/3δδ
设b=γγ2GG 2δδ2Td
则R=exp-（b DD ∗
）Td 和b 值均可调节。
]
RR =exp −[γγ2GG 2δδ2(ΔΔ−⁄13δδ)DD ∗
在弥散加权成像中，b值和Td可看作是图像对比调节中的窗位和窗宽，选择合适的Td和b值对最大限度地显示弥散的效果有重要的意义。
B值的单位是s/mm2，b 值不同，弥散所造成的信号差别就不同，b值选的越大，不同弥散状况造成的信号差别就越大。
· 增加信噪比和缩短采集时间（shorter TE’s）
· 更高的b值，更高的弥散敏感性和减低T2高信号的影响
High b-value DWI
弥散张力成像原理（Diffusion-tension imaging，DTI）
弥散张力成像原理
· 水分子在不同方向上弥散的差别称为各向异性。
· DTI是建立在水分子各向异性基础上的成像方法。
· DTI不但关心弥散的速度，更关心弥散的方向。
弥散张力成像原理
沿着神经轴索方向运动的
水分子要比跨越神经轴索
的水分运动的速度快得多
DD avg平均弥散系数=ADC DD surf表面弥散系数
DD volm容积弥散系数
e ADC 指数ADC=exp（-b DD avg）弥散衰减系数R=exp-（b DD∗）DD∗=ADC
· RA Relative anisotropy
相对各向异性· FA Fractional anisotropy
各向异性分数· AI Anisotropy index
各向异性指数
· 最短的TE时间
· 测定方向最少=6 最多=55以上
· DTI b值最小=50 最高=3000 s/mm2以上
Diffusion-Tension Imaging
25 direction，18slice locations FA
颜色显示法：用不同的颜色来表示不同的方向
椭圆体显示法（Ellipsoid display）纤维的各向异性程度、走行方向直观显示
弥散加权成像的临床应用
弥散加权成像的临床应用
急性或超急性
脑梗死的诊断
多发硬化的
定性和鉴别脑肿瘤的诊断
和鉴别诊断
其他方面的应用
一、缺血性脑血管病
· 是DWI应用最广泛、最成熟的领域
· 可发现超急性脑梗死，区分急、慢
性梗死灶
· 与PWI联合应用可评估缺血半暗带
· 当前热点：
——TIA，量化评估可逆缺血灶和小灶梗死
——DWI（+）病灶再认识：可恢复的“梗死灶”
——DWI预测中风再次发生
· 细胞毒性水肿可能在发病数分钟内在DWI上看到，与CT或常规MR在数小时看到相比，DWI对超急性脑梗死具有特殊的价值
· 急性卒中时，早期DWI病变体积与临床神经功能结局以及最终的梗死体积
之间具有良好的相关性
T2WI（-）DWI高信号ADC图低信号
· 细胞修复和其他过程引起ADC逐渐增高，直到进入ADC增高的慢性期· 急性和慢性梗死，在T2加权像可能同样均呈高信号强度，但DWI能区分两者
· 多数急性者DWI呈高信号，慢性者呈低信号但高强调结合ADC图，当
心假阳性
慢性梗死灶，DWI高信号（T2投射效应），ADC图也为高信号
· 联合应用MR血管造影、DWI和PWI，能非侵袭性地评价血管闭塞、死亡组织及其周围任何血量减少的组织
· 灌注和弥散不匹配可以对半暗带作出合理的评价，而半暗带是临床治疗的目标· 缺血半暗带=PWI-DWI？（近年来有不同的看法）
缺血半暗带=MTT-DWI
发病后4h T2-W DWI ADC
PWI MRA 发病后11天T2-W
DWI和PWI联合应用于界定缺血半影区
发病2.5h T2-W正常DWI ADC MAP MTT
短暂性脑缺血发作（TIA）
· 以临床症状恢复的时间（24Hr或1Hr）作
为界定TIA的标准具有很大的不确定性
· DWI和PWI联合应用将可能对临床诊断的
TIA进行科学的分类
可逆灶梗死灶rAI b=1000 1.17 1.29（DWI图上的高信号和对侧的比值）
rrrrII AAAAAA0.86 0.69（ADC图上低信号和对侧的比值）
DWI rAI b=1000=2.24rrDDAA rrrrII AAAAAA=0.63脑梗死灶
DWI rAI b=1000=1.52rrDDAA rrrrII AAAAAA=0.95可恢复的DWI（+）灶
· 华山医院的研究提示TIA可分类为：
Ⅰ.PWI（+），DWI（-）
Ⅱ.PWI（+），DWI（+）→（-）（可恢复的弥散阳性病灶）
Ⅲ.PWI（+），DWI（+）
Ⅰ，Ⅱ组预后良好；Ⅲ组实际是临床表现为TIA的小灶脑梗死
· 按此分类，有可能对TIA进行更科学的诊断和评价。
而当前对TIA的研究结果差异很大，是由于没科学分类所致
发病6天发病2周
发病3月
男性，43岁，左侧肢体
发作性麻木无力，每次
约15min，DWI（-）。
Ⅰ组
MTT CBV
DWI ADC MTT CBV 女性，74岁，突发头晕，言语不利，右侧肢体活动不利近1小时恢复。
Ⅲ组
DWI预测中风的危险性
· 无症状的高危人群中，脑内DWI阳性
灶的出现，预示患者将来发生中风的
可能性增加
· 定量ADC值可能用于评估发生脑卒中
的危险性
· 星形细胞肿瘤组织的ADC值（1.23±0.52×10-
3mm2/s）及瘤周水肿（1.40±0.40×10-3mm2/s）与正常组织（0.76±0.09×10-3mm2/s）相比均有显著性差异
· 肿瘤组织与瘤周水肿之间ADC值无显著性差异· 低度恶性星形细胞肿瘤与3-4级星形细胞肿瘤之间
ADC值有显著性差异
胶质瘤高。
