DWIDTI的原理和临床应用

1、弥散加权成像弥散加权成像DWI 原理和临床应用原理和临床应用 MR弥散和张量成像弥散现象弥散现象 (Diffusion)水分子的热运动，即布朗运动随机和无规律人体组织大部分是水弥散系数弥散系数 (Diffusion Coefficience, D)衡量水分子弥散的程度，弥散系数越大，水分子弥散的距离越大。组织的病变引起弥散系数的变化，用表观弥散系数来表示。弥散现象 MR弥散和张量成像弥散的影响因素弥散的影响因素组织结构生化特性温度外加使局部组织运动的因素弥散的测量弥散的测量生物、物理方法放射活性或荧光标记核磁共振成像（目前在人体上进行水分子目前在人体上进行水分子弥散测量与成像的唯一方法弥散测量

2、与成像的唯一方法）弥散现象 MR弥散和张量成像成像原理成像原理基本脉冲序列：SE EPI磁共振弥散成像在原有脉冲序列的基础上加上一对梯度脉冲，此梯度脉冲即水分子弥散的标记物。弥散成像原理b =2G2 (/3 )b值是反映附加梯度场性值是反映附加梯度场性质的参数质的参数 MR弥散和张量成像弥散加权成像中的弥散运动弥散加权成像中的弥散运动1234静止水分子弥散水分子射频场梯度场信号强度9001800弥散梯度场对水分子弥散程度决定了信号降低的程度，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；水分子弥散程度决定了信号降低的程度，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；反之，水分子弥散受限的程度决定了信号增高的程度

3、，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；反之，水分子弥散受限的程度决定了信号增高的程度，通过测量信号降低的程度反算弥散系数； MR弥散和张量成像弥散图像的影响因素ADC：表观弥散系数 T2WI, B=0 DWI, B=1000 MR弥散和张量成像弥散图像的影响因素体内各种因素的变化影响弥散运动体内各种因素的变化影响弥散运动 呼吸、心跳、毛细血管灌注、组织结构等呼吸、心跳、毛细血管灌注、组织结构等T2透过效应透过效应 （T2 shine through) 由于由于DWI图像以图像以SE-EPI序列扫描，含有不同程度的质序列扫描，含有不同程度的质子加权和子加权和T2成分，不能真正反映脑组织的弥散系数

4、成分，不能真正反映脑组织的弥散系数弥散图像包含有弥散图像包含有T2、质子和弥散程度变化的综合信息、质子和弥散程度变化的综合信息=&b=0 b=1000 ADCT2spin弥散弥散DWIADC：表观弥散系数 MR弥散和张量成像S0S*exp(-g2G2d2(D-d/3)D)=S0 * exp(- ) = SbADC9001800GGd dd dD弥散梯度场、弥散梯度场、b b值和值和ADCADC值值b=0b=1200 s/mm2 MR弥散和张量成像脉冲序列的选择脉冲序列脉冲序列SE EPI弥散加权像：弥散加权像：信号的衰减与弥散系数有很好的相关性信号的衰减与弥散系数有很好的相关性GRE

5、EPI弥散加权像：弥散加权像：信号的衰减与弥散系数、组织的信号的衰减与弥散系数、组织的T1、T2时间、翻转时间、翻转角有关，很难测出弥散系数的精确值。角有关，很难测出弥散系数的精确值。GRE扫描很快，不能加载幅度大、时间过长的梯度扫描很快，不能加载幅度大、时间过长的梯度中枢神经系统应用中枢神经系统应用TE=70ms保证弥散加权像图像的信噪比，保证弥散加权像图像的信噪比，TE 应等于应等于 T2。在。在1.5T磁磁共振中，脑组织的共振中，脑组织的T2值最大为值最大为180-200ms。b=1000ZOOM线圈线圈相位校正，优化相位校正，优化TE选项，选项，Asset MR弥散和张量成像弥散加权成

6、像的应用 病变组织弥散改变的病理基础病变组织弥散改变的病理基础 弥散加权成像在急性脑梗塞中的应用和影像学表现弥散加权成像在急性脑梗塞中的应用和影像学表现 T2透过效应透过效应( T2 Shine Through) GE独有的指数表观弥散系数：独有的指数表观弥散系数：eADC 弥散加权成像在临床上的应用范围弥散加权成像在临床上的应用范围 MR弥散和张量成像弥散改变的病理基础正常组织正常组织随机运动的水分子随机运动的水分子-低信号低信号细胞毒性水肿的组织细胞毒性水肿的组织运动受限的水分子运动受限的水分子-高信号高信号A B组织内影响水分子弥散的因素组织内影响水分子弥散的因素 细胞内外的体积变化细胞

7、内外的体积变化水分子通过细胞膜的渗透作用水分子通过细胞膜的渗透作用细胞外间隙形态的改变细胞外间隙形态的改变 MR弥散和张量成像弥散系统的正常范围表观弥散系统的正常范围表观弥散系统的正常范围自由水的自由水的ADC值大约为值大约为 2.5x10-3mm2/s正常脑组织的正常脑组织的ADC值为值为 0.7-0.9x10-3mm2/s脑组织急性病变的脑组织急性病变的ADC值多为降低值多为降低脑组织亚急性或慢性病变的脑组织亚急性或慢性病变的ADC值多为升高值多为升高ADC异常变化的上下限为异常变化的上下限为 0.4x10-3mm2/s 2.5x10-3mm2/s MR弥散和张量成像急性脑梗塞弥散成像急性

8、脑梗塞的弥散表现急性脑梗塞的弥散表现细胞内缺血表现（细胞内缺血表现（ 3 3小时小时 ） ADCADC图显示异常降低图显示异常降低DWIDWI显示异常高信号显示异常高信号T2WIT2WI未见异常未见异常血脑屏障轻微破坏，间质水肿（血脑屏障轻微破坏，间质水肿（ 3 - 83 - 8小时小时 ） ADCADC图无变化，仍是降低图无变化，仍是降低DWIDWI显示异常信号的范围增大显示异常信号的范围增大T2WIT2WI有范围小于有范围小于DWIDWI的异常信号的异常信号血脑屏障明显破坏（血脑屏障明显破坏（8 12 8 12 小时）小时） ADCADC图显示的异常降低轻度增高图显示的异常降低轻度增高 D

9、WIDWI显示异常高信号显示异常高信号T2WIT2WI与与DWIDWI显示同样的异常高信号显示同样的异常高信号血管源性水肿加重，间质水肿明显（血管源性水肿加重，间质水肿明显（1212小时以后）小时以后） ADCADC图无变化图无变化DWIDWI显示异常高信号（面积无变化）显示异常高信号（面积无变化）T2WIT2WI与与DWIDWI显示同样的异常高信号显示同样的异常高信号 MR弥散和张量成像急性脑梗塞弥散成像3535分钟分钟3 3小时小时 MR弥散和张量成像7 7小时小时 MR弥散和张量成像脑缺血的演变过程 ADC值下降ADC值升高1W 2W 3W 4W MR弥散和张量成像T2透过效应透过效应

10、Shine Through绝大多数动物实验及临床病例表明绝大多数动物实验及临床病例表明ADC的下降开始于梗死的下降开始于梗死后后5min，较正常低，较正常低35-60%随后降低的随后降低的ADC值逐渐升高，值逐渐升高，5-10天左右达到一假性正常天左右达到一假性正常化表现化表现ADC值逐渐增加并高于正常值值逐渐增加并高于正常值 MR弥散和张量成像弥散图像是多种因素综合形成的对比度弥散图像是多种因素综合形成的对比度弥散图像包含有弥散图像包含有T2、质子和、质子和ADC值变化的综合信息，我值变化的综合信息，我们把们把T2及质子的对比度在弥散图像上反映的现象称为透及质子的对比度在弥散图像上反映的现象

11、称为透过效应（过效应（shine through)。Shine through 在梗死性病变发生一周左右，对弥散图像在梗死性病变发生一周左右，对弥散图像的对比度其主要作用。的对比度其主要作用。 急性脑梗死一周内弥散图像对比度的决定因素急性脑梗死一周内弥散图像对比度的决定因素T2透过效应透过效应 Shine Through MR弥散和张量成像eADCeADC的应用优势的应用优势eADC = Sb=1000 / Sb=0eADC图的信号对比度较图的信号对比度较ADC图高图高病变部位的边界显示清晰病变部位的边界显示清晰应用方便，病变的表现与应用方便，病变的表现与DWI图像一致，符合临床观察图像一致，

12、符合临床观察习惯习惯GE引入独特的引入独特的eADC值概念值概念DWI ADC图 eADC图 MR弥散和张量成像弥散成像临床应用临床病例临床病例皮层梗死皮层梗死 MR弥散和张量成像临床病例临床病例陈旧瘢痕陈旧瘢痕T2FliarDWIT1+CADCeADC弥散成像其他临床应用 MR弥散和张量成像弥散成像临床应用弥散成像弥散成像DWI在中枢神经系统的应用在中枢神经系统的应用急性超早期脑梗塞肿瘤，主要用于鉴别液化或含有液体的肿瘤脓肿囊肿肿瘤囊变癫痫Parkinson病等变性性疾病指导临床治疗 MR弥散和张量成像弥散成像临床应用弥散成像在乳腺中的应用弥散成像在乳腺中的应用恶性肿瘤的ADC均明显降低良性

13、病变的ADC无明显降低与MR增强扫描的效果一致弥散成像在腹部的应用弥散成像在腹部的应用不利因素：运动，T2时间过短（50ms），SNR下降主要用于囊性病变的鉴别囊肿、血管瘤、脓肿、肝细胞癌测ADC图时的b值差可以反应实性肿瘤的血供 含水丰富的肾脏具有较高的ADC值 MR弥散和张量成像弥散成像其他临床应用eADCADC结肠癌肝转移弥散张量成像弥散张量成像DTI 原理和临床应用原理和临床应用 MR弥散和张量成像弥散运动的方向性弥散的各向同性弥散的各向同性在均一状态下，水分子弥散运动在各个方向在均一状态下，水分子弥散运动在各个方向是相同的是相同的各方向弥散运动的向量轨迹为球形各方向弥散运动的向量轨迹

14、为球形弥散的各向异性弥散的各向异性在非均一状态受屏障和生化特性的影响，水在非均一状态受屏障和生化特性的影响，水分子弥散运动在各个方向有差异分子弥散运动在各个方向有差异各方向弥散运动的向量轨迹为椭球形各方向弥散运动的向量轨迹为椭球形 MR弥散和张量成像弥散运动的方向性中枢神经系统弥散运动的各向异性中枢神经系统弥散运动的各向异性弥散运动受本身组织生化特性的影响弥散运动受本身组织生化特性的影响弥散运动受到细胞外各种结构的影响弥散运动受到细胞外各种结构的影响脑白质纤维弥散运动的各向异性脑白质纤维弥散运动的各向异性神经元轴突的髓鞘和轴突的细胞内结构是影响弥散运动的方向神经元轴突的髓鞘和轴突的细胞内结构是

15、影响弥散运动的方向垂直于神经纤维走行方向的弥散受髓鞘和神经束膜的限制垂直于神经纤维走行方向的弥散受髓鞘和神经束膜的限制平行于神经纤维走行方向的弥散受轴突内、线粒体内质网、神经平行于神经纤维走行方向的弥散受轴突内、线粒体内质网、神经丝等细胞内结构的影响丝等细胞内结构的影响水分子垂直于神经纤水分子垂直于神经纤维走向的弥散运动困难维走向的弥散运动困难水分子平行于神经纤水分子平行于神经纤维走向的弥散运动容易维走向的弥散运动容易 MR弥散和张量成像弥散运动的方向性 MR弥散和张量成像弥散敏感梯度的方向性DWI脉冲序列在三个方向上施加弥散敏感梯度（上下，左右，前后）脉冲序列在三个方向上施加弥散敏感梯度（上

16、下，左右，前后）三套弥散图像取其平均值，获得各向同性弥散图像三套弥散图像取其平均值，获得各向同性弥散图像各向同性弥散图像不包含弥散的方向信息各向同性弥散图像不包含弥散的方向信息DWI图像消除了各向异性的影响图像消除了各向异性的影响DTI在多个方向上施加弥散敏感梯度，分别感受不同方向的弥散运动，在多个方向上施加弥散敏感梯度，分别感受不同方向的弥散运动，获得不同弥散方向的多个弥散图像获得不同弥散方向的多个弥散图像至少至少6个方向，最多个方向，最多55个方向，方向越多，感受到的弥散运动方向越个方向，方向越多，感受到的弥散运动方向越多多图像后处理获得弥散的各向异性图像图像后处理获得弥散的各向异性图像D

17、TI图像突出强调弥散的各向异性，图像的对比度反映了成像平面内图像突出强调弥散的各向异性，图像的对比度反映了成像平面内水分子弥散的各向异性水分子弥散的各向异性 MR弥散和张量成像弥散张量成像DTI图像反映脑白质纤维素的走行方向图像反映脑白质纤维素的走行方向垂直于神经纤维走行方向的弥散困难垂直于神经纤维走行方向的弥散困难平行于神经纤维走行方向的弥散容易平行于神经纤维走行方向的弥散容易DTI图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的主导方向主导方向 MR弥散和张量成像DTI图像各向异性的参数图像各向异性的参数部分各向异性值（部分各向异

18、性值（FA）相对各向异性（相对各向异性（RA）容积率各向异性（容积率各向异性（VA）各向异性指数（各向异性指数（AI）弥散张量的本征值（弥散张量的本征值（E）弥散张量成像 MR弥散和张量成像弥散张量成像DTI成像参数成像参数高密度相控阵线圈，高高密度相控阵线圈，高SNRZOOM梯度线圈梯度线圈DW-EPI序列序列TR=2000，扫描时间与扫描层数之间的协调，扫描时间与扫描层数之间的协调TE=80msB=100025个方向个方向优化优化TE选项选项ASSET128X128，NEX=25mm层厚，层厚，0mm间距间距 MR弥散和张量成像临床应用脑发育脑发育脑发育，髓鞘形成的过程中，脑白质脑发育，髓鞘形成的过程中，脑白质FA值逐渐增加值逐渐增加衰老时，脑白质衰老时，脑白质FA值下降值下降脑梗塞脑梗塞早期脑梗塞，早期脑梗塞，ADC值下降