扩散加权成像相关概念

（一）扩散的基本概念

扩散（diffusion）是指由于分子的无规律的热运动，即布朗运动（Brownian motion）而不断地随机改变运动方向和位置的现象。任何分子都存在扩散运动。由于一般人体MR成像的对象是质子，主要是水分子中的质子，因此，扩散成像实际上检测的是人体组织内水分子的扩散运动。

在体外无限均匀的流体中或排列自由的微结构组织中，水分子的扩散是一种随机现象，在各个方向上的扩散能力相同，这种扩散运动称为自由扩散（free diffusion）；而在人体生理条件下，水分子的扩散受组织内许多天然屏障（如细胞膜和大分子蛋白等）的影响，随方向改变而变化，具有很强的方向依赖性，其运动的特征与自由扩散亦不同，被称为限制性扩散（limited diffusion）。实际上扩散成像就是通过检测人体组织中水分子扩散运动受限制的方向和程度等信息，来间接反映组织微观结构的变化。

（二）扩散加权成像与扩散敏感因子

MR各成像序列（如SE、FE、EPI序列）对扩散运动的表现通过施加扩散敏感梯度场来实现，因此通过施加扩散敏感梯度场来显示生物体内水分子扩散情况，反映组织微观结构的变化，从而达到某些疾病的诊断和鉴别诊断的MR成像方法即扩散加权成像（DWI）。所施加的梯度场参数称为扩散敏感因子或b值（b value），是对扩散运动能力检测的指标。

常用SE-EPI DWI序列中，式中g代表磁旋比；G代表梯度场强度；δ代表梯度场持续时间；D代表两个梯度脉冲间隔时间。单位s/mm2。因此b值与施加的扩散敏感梯度场场强、持续时间和间隔有关。目前设备提供的b值为0～10 000 s/mm2，MR成像序列对水分子的扩散敏感性随着b值的增加而增加，但图像信噪比则相应的下降。因此b值的选择对于DWI非常重要，但实际上很难合理选择，要根据设备条件、所选用的序列、组织部位以及临床目的的不同来调整。目前常用的扩散加权成像b值为800～1 500 s/mm2。

（三）扩散系数和表观扩散系数

分子扩散运动的速度，是以水分子单位时间内随机扩散运动的范围来表示的，称为扩散系数（diffusion coefficient，D），单位为 mm2/s。水分子在不同组织中的扩散系数不同，它依赖于水分子所处的环境。扩散系数与T1、T2参数一样可以被MR成像用来产生组织的对比。在室温下，正常脑组织的D值为（0.5～1.0）×10-3 mm2/s。

但在DWI图像中信号的变化并不仅仅代表水分子的扩散运动，在扩散敏感梯度场方向上的各种运动（或位置移动）都会造成信号的改变，如动脉搏动、呼吸和血流灌注等运动。因此我们在DWI图像上通过组织信号强度变化来检测到的不是真正的扩散系数，而将会受到其他形式的水分子运动的影响，我们把检测到的扩散系数称为表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）。ADC值是根据DWI的信号强度变化计算出的，公式为 SI1、SI2分别为低b值和高b值时DWI上相同部位组织的信号强度，b2、b1分别为施加的高b值和低b值，ln表示自然对数。因此，至少要同时施加2个或2个以上b值才能进行DWI成像并计算生成ADC图。MR扩散成像只能测量施加梯度磁场的3个方向ADCread、ADCslice、ADCphase值及3个方向的平均值。