DWI成像技术原理及临床应用

　

弥散的概念

弥散加权成像（diffusionweightedimage，DWI）是一种物理现象，指的是分子（主要指水分子）发生的随机的、无规则的、相互碰撞的运动过程，也称分子的热运动或布朗运动。DWI是目前唯一能在活体上测量水分子弥散运动与定量分析的无创性检查方法。

利用墨水扩散原理解释一下扩散加权成像：在梯度磁场下布朗运动强水分子扩散运动不受任何约束，表现出低的信号强度，而布朗运动弱的组织，水分子受周围介质约束即自由运动受到限制，就表现出高的信号强度。

弥散的生理病理基础，由于人体内存在各种组织屏障，使得水分子的弥散会受到不同程度的影响，这种运动在各种病理条件下会发生不同的变化，这些变化就构成了弥散成像的生理病理基础。

比如脑梗塞，我们来来看下面这张示意图，左侧为正常脑组织，细胞间隙相对较大，细胞外的水运动可以视为自由弥散，但当发生缺血时，会引起细胞肿胀，造成细胞毒性水肿，在这个过程中，细胞外水分子不断的进入细胞内，细胞间隙由于细胞肿胀而变窄,水分子弥散运动明显受限，同时细胞内的水受细胞膜等结构的约束，其扩散运动也不同程度受到更多的限制。DWI技术就是检测人体组织内水分子的这种微观扩散运动的一种新型的MRI检查技术。

DWI序列原理

我们在普通T2WI序列的度脉冲前后加上两个对称的弥散敏感梯度（MPG）或者叫弥散梯度，这样就可以构成弥散序列。

对于弥散受限的分子，第一个弥散梯度造成的质子失相位，经过度脉冲，会被第二个弥散梯度聚焦回到初始相位，质子间的失相位刚好抵消，所以信号不会下降，保持原来的高信号。而对于弥散不受限的水分子来说，施加第一个弥散梯度后，质子失相位后就会离开了原来的位置，不能被第二个弥散梯度再聚焦，造成信号降低。如下图所示

颅脑DWI规范化扫描及后处理方案

Survey---三平面定位像

三平面定位图（Survey）注意观察头颅位置是否居中，确保头颅位于线圈的中心。扫描结束后注意观察图像，检查头部位置是否合适，图像信号是否与线圈位置匹配，如有必要可采用“双定位”法重新扫描survey。

1.颅脑DWI采用横断面扫描，在正中矢状面图像中，定位线平行于胼胝体前后角；在冠状面和横断面调整位置和角度，使图像居中对称；

2.DWI扫描对于磁敏感伪影非常敏感，请提前去除假牙、项链等金属物品；

3.相位编码方向采用前后方向；

4.颅脑DWI采用横断面扫描，在正中矢状面图像中，定位线平行于胼胝体前后角；在冠状面和横断面调整位置和角度，使图像居中对称；

5.DWI扫描对于磁敏感伪影非常敏感，请提前去除假牙、项链等金属物品；

6.相位编码方向采用前后方向。

图像参数特点：

1.对磁敏感伪影敏感，扫描时去除金属异物、假牙等感扰

2.图像信噪比受B值大小、EPIFactor、TR、TE、Halfscan、sense影响

参数设置：

1.相位编码方向设置为AP。fatshitdirection设置成P。WFS设置为minimum

2.颅脑B值一般设置为。

3.sense设置为2，打开halfscan，TR/TE可以设置shortest，缩短EPIfactor减少图像变形，提高信噪比。

1.Diffusionmode弥散模式

2.DWI弥散成像

3.Nrofb-factorsB值的个数

4.B-factorsorderB值的顺序

5.Maxb-factor最大B值

6.Averagehighb高B值激励次数

No高B值不增加NSAYes系统根据B值大小默认NSAUserdefined用户可以自己设置每个B值的NSA

注意：NSA越多，B值越高，扫描时间越长

DWI序列调试注意事项

采用脂肪抑制技术（SPIR、SPAIR、STIR）

尽可能短的TE时间（halfscan、sense、）

增加NSA以获得足够SNR（特别是高b值）

相位编码方向FOV尽可能小

合适的层面内分辨率

使用gradientoverplus技术获得trace图

DWI后处理步骤

1.选择原始序列，右键选择DiffusionRegistration

2.弹出对话框之后点OK

DiffusionRegistration目的是去除梯度震动及病人本身造成的轻微运动

1.打开软件包：右键选中校准图，选择imagealgebra，进入后处理界面

2.步骤说明：图中①按需选择A+B、A-B、B-A等相减模式选择，下图左侧为A图，右侧为B图；②A图因子，可选择0、1等等；③生成。

3.DWI生成：在①中选择B-A，②A图因子选为0，点击③步骤生成单独b图像

1.打开软件包：从缩略图中选择弥散数据集，右击选择Diffusion软件；

2.检查层面和动态：左下窗原始图像上，按住鼠标左键上下或左右拖动，可浏览全部层面与动态；

3.调整阈值：如有必要，可选中感兴趣图像调节阈值，按住鼠标右键上下拖动以去除背景噪声；

4.生成ADC图：选择工具栏，用于选择至少2个b值进行处理（颅脑默认2个b值）；点击生成新的序列；包括ADC，eADC图，点击OK生成ADC图。

5.画感兴趣区：从缩略图中选在ADC图打开，浏览界面，选择测量按钮，单击启动手绘按钮，在患侧病灶及对侧同区域分别圈选ROI，生成ADC值

DWI的临床意义

日常中我们看到的DWI图像有四种，b0图，b图，ADC图（apparentdiffusioncoeffecient，表观弥散系数），eADC图（ExponentialADC，指数化表观弥散系数）

A为b0图，B为B图，C为ADC图，D为eADC图

b0图类似快速扫描的T2WI，可“凑合”当做T2*WI，以发现、分析低信号的可疑“异常”影像。那么b值为0时，没有弥散效应，为什么还要扫b0？这是因为ADC或eADC必须有这两个值的图像才能计算出来。

ADC=ln（SI低/SI高）/（b高－b低）

式中SI低表示低b值DWI上组织的信号强度（b值可以是零）；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；ln表示自然对数。

T2穿透效应（T2shine-througheffect）：由于T2穿透效应，高B值图图变得不真实，所以b高信号不一定就是弥散受限需要结合T2来综合评估。

T2WIDWI（b）ADC

T2暗效应（T2darkthrough）由于T2值低，导致DWI图像上表现为低信号的现象。

廓清效应-washout往往见于血管源性水肿区域。

此病例为胶质母细胞瘤治疗后，右侧顶叶病变为胶质增生表现，左侧DWI高信号为复发的病灶。

这个病例ADC图为高信号提示弥散不受限，但b却表现为等，看起来像是未见异常，为什么会有这样的表现呢？原因归结为组织虽然具有比较长的T2时间，但由于同时扩散率增加，造成T2WI上的高信号恰好与ADC值升高引起的弥散信号减低相抵消，二者之间出现平衡。

简单用一个表总结一下T2穿透效应,暗效应及廓清效应，结合DWI和ADC对于临床的指导意义。

通过上表可以看出DWI很重要，但需要结合各个序列特点综合评价。

颅内病变弥散受限分几种情况，都分别有哪些疾病这部分内容感谢李锐博士对我的指导，也结合文献小结一下

DWI上高信号的病变分类小结

脑梗死的信号变化

这组病例展示了脑梗死的动态信号变化（图片来自网络）

DWI对脑肿瘤的特征和分级

低级别胶质瘤在低B值（或以下）呈高信号，主要是由于T2透过效应和肿瘤细胞外基质等因素的影响，在高b和极高b值时，这种效应减低，所以DWI信号会减低。高级别的胶质瘤由于更高的细胞密度以及更高的核浆比率，随着b值升高，其DWI信号没有显著变化。

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