DWI.DTI的原理和临床应用
EPI与DWI和DTI分析2
一、磁共振信号的来源不是基于SE（自旋回波序列）就是基于GRE（梯度回波序列）。
二、SE的xy平面信号（所测量用来形成图像的信号）来源是90度脉冲把Z轴的质子宏观向量“翻转”到xy平面。
GRE的xy平面信号来源是小角度（通常小于90度）脉冲把Z轴的质子宏观向量稍微倾斜，而在xy平面上通过矢量分解得到的磁场强度分向量。
三、这两种基础序列上，发展出各种各样的序列，原理就是不断添加各种附加的“条件式”磁场脉冲，修改TE和TR，从而得到想要的目的图像。
比如SE类别下发展出以下各种序列：RARE（弛豫增强快速采集）SS-RARE（单次激发RARE）HF-SS-RARE（半傅立叶采集单次激发RARE）IR（反转恢复）TIR（快速翻转恢复）而GRE类别下则有：扰相梯度回波（Spoiled GRE）稳态进动快速成像（FISP）真实稳态进动快速成像（True FISP）快速梯度回波序列（Fast GRE）PISF（梯度回波序列中的自旋回波）DESS序列CISS序列四、其中，在SE类别中FSE则是为了提高扫描成像速度而诞生的一个序列，全称为快速自旋回波成像（fast spin echo）。
在欧洲厂家飞利浦和西门子的磁共振机器中称之为TSE （tubor spin echo）。
快速SE是一个90º激励射频脉冲后跟随多个或一串180º聚焦射频脉冲，每个聚焦射频脉冲对应不同的相位编码梯度，这样必然得到一串MR回波。
这种技术被称为弛豫增强快速采集(rapid acquisition with relaxation enhancement,RARE)。
理论上，在施加了一次90度脉冲后，只要在横向弛豫完全结束前，施加足够多的180度脉冲，可以得到相应的多次回波信号。
这当然又是一个理论上的美好设想，在实际应用中，当回波链长度不断加长是，随着采集的进行，横向矢量逐渐接近于零，可探测到的人体组织磁共振信号已经衰减到无法形成有诊断价值的图像。
dwi基本原理及其在中枢神经系统中的应用
dwi基本原理及其在中枢神经系统中的应用
DWI（Diffusion weighted imaging）是一种MRI（Magnetic Resonance Imaging）技术，能够测量组织内水分子的自由扩散程度。
DWI原理基于布朗运动理论，即水分子在组织中不停地随机运动。
DWI采用梯度强度以及梯度方向不同来衡量水分子扩散方向和速度，这些信息被整合在一起形成图像，即DWI 图像。
DWI在中枢神经系统中的应用广泛，因为DWI可以反映大脑中白质和灰质的微结构和组织完整性。
白质病变、水肿和缺血性损伤等神经系统疾病都可以通过DWI检测到。
DWI对于急性缺血性脑卒中的早期诊断和治疗提供了重要的支持，因为发生脑卒中后，组织坏死开始导致扩散系数降低，DWI可以显示出白质区域的异常高信号或强度减低。
DWI还可以用于定位肿瘤和神经网络功能区域的准确识别，可以帮助医生提供更好的手术规划和处理。
弥散加权成像（DWI）：从原理到临床
弥散加权成像（DWI）：从原理到临床前言磁共振成像（MRI）是神经科疾病最重要的检查手段之一，对神经科疾病的临床诊疗有着深远而持续的影响。
MRI序列繁多，每个序列都能侧重反映组织间某种特性的差别（所谓的侧重即是MRI中经常说的“加权”的意思，比如最常用的T1加权成像（T1WI）侧重反映组织间的T1弛豫时间对比，T2加权成像（T2WI）侧重反映组织间的T2弛豫时间对比）。
弥散加权成像（diffusion weighted image，DWI）则是侧重反映组织间水分子弥散情况的对比，是目前颅脑MR 成像最常用的序列之一，也可以说是神经科医生“最喜欢”的序列之一，其成像速度快，对很多疾病的诊断都能起到非常重要的作用。
本文将以神经系统疾病为例，简单阐述DWI形成的原理、阅片注意事项以及常见的临床应用，希望对各位读者特别是临床医生和MR初学者有所助益。
一、什么是弥散？什么是弥散受限？弥散（diffusion）是一种物理现象，指的是分子（MRI中主要指水分子）随机杂乱无章的运动。
正常脑脊液中的水分子状态接近自由水，可以自由运动而无所限制，无弥散受限（图1）。
一些特殊的病理生理过程会影响水分子这种自由运动（比如细胞毒性水肿），则称之为弥散受限（图2）。
一种组织是否有弥散受限可以通过DWI序列检测出来，会在DWI和ADC图中有相应的信号改变（灰白对比度改变）。
弥散受限在DWI表现为高信号，在ADC图中表现为低信号。
在熟知一些疾病的病理生理过程和弥散受限常见的成因的前提下，DWI和ADC图的信号改变就能帮助我们做出某些疾病的倾向性诊断。
图1：圆形代表水分子，箭头方向和长度表示运动方向和速度大小，自由水中，水分子运动杂乱无章。
图2：弥散受限。
某些原因（图中杂乱的线条表示）导致了水分子运动方向和速度的限制（箭头长度小于图1，表示速度减低）。
这种弥散受限可以通过DWI探测出来。
二、DWI序列是如何成像的，DWI和ADC图各有什么意义？首先，要明确一点的是，DWI序列并不是单纯的反映水分子弥散信息的序列，因为序列的特殊性，他始终都有不同程度的T2权重，为什么这么说呢？这与其成像技术有关。
DTI原理及临床应用
一、概述
DTI是在DWI基础上出现的一种MRI成像
技术， 不仅能发现常规MRI难以显示的病 变，而且能以三维方式显示神经纤维束的
走行方向，为无创性评价白质纤维束间的
联系及其病变一种成像技术。
二、DTI的原理
DTI是利用组织中水分子弥散的各向异性
来探测组织微观结构的成像方法。是一
肿瘤细胞使细胞密度增大的缘故。
利用白质内水分子扩散各向异性的原理，
二维彩色编码的DTI或三维白质束示踪影 像能直观显示脑内白质束的走行方向以
及与邻近肿瘤之间的关系，在指导神经
外科手术中有临床应用价值。
左桥小脑角 区脑膜瘤
右小脑半球 淋 巴瘤
右额叶胶质瘤
左顶叶胶质瘤
种定量显示白质纤维束的成像方法。
与DTI相关的一些概念
1、扩散系数(diffusion coefficient，DC)：
表示单位时间内分子自由扩散的范围。
2、扩散敏感因子b值(b value)是反映MRI
各成像序列(如SE、FE、EPI)对扩散运动
表现的敏感程度，体现成像序列检测扩
散的能力。
(四)癫痫
DTI可显示其部分各向异性的降低、扩散
的增加以及白质纤维束的移位。
(五)精神病 精神分裂症病人白质的各向
异性降低，虽然白质的体积未见异常，
但可说明白质纤维束的完整性受损。
FA的降低发生在慢性精神分裂症病人胼
胝体压部及附近枕叶白质，全脑白质和
灰质的平均扩散值增加，这也说明慢性
3、表观扩散系数(apparent diffusion
coeffcient，ADC)描述磁共振扩散加权成
像中不同方面水分子扩散运动的速度和
磁共振DWI的原理和临床应用
• 二、b值对DWI的影响： • DWI技术中把施加的扩散敏感梯度场参数称为b值 或称扩散敏感系数。在常用SE-EPI DWI序列中.
• b值代表扩散敏感系数；
• • • • r代表磁旋比； Gi和Gj分别为i轴和j轴上的磁场梯度强度； δ代表梯度场持续时间； Δ 代表两个梯度场间隔时间。
• b值的选择（表示应用的梯度磁场的时间、幅度、 形状） • b值越高，扩散的权重越重 • b值越高，信号越弱 • b值越高，信噪比越差 • b值越高，相同TR内可采集的层数越少 • 因会出现周围神经的刺激症状也限制了太高的b值。 • 较小的b值可得到的较高信噪比的图像，但对水 分子扩散运动的检测不敏感。
• 因此，b值的选择非常重要， 用小b值进行DWI， 在一定程度上反映了局部组织的微循环灌注，但 所测得的ADC值稳定性较差，且易受其他生理活 动的影响，不能有效反映水分子的弥散运动，用 大b值进行DWI，所测得的ADC值受局部组织的微 循环灌注影响较小，能较好反映水分子的弥散运 动，因此，大b值进行DWI称高弥散加权成像，用 小b值进行DWI称低弥散加权成像。b=0时产生无 弥散加权的t2wi。
• 【技术要点】 • 一、DWI上组织信号强度的衰减主要因素： • 尽管DWI可以用多种序列进行，但影响其组织信 号衰减的因素基本相同，与未施加扩散敏感梯度 场的相应序列相比，在DWI上各种组织的信号都 在衰减，只是衰减的程度有所差别而已。
• DWI上组织信号强度的衰减主要因素： • 1、扩散敏感梯度场的强度，强度越大组织信号衰 减越明显； • 2、扩散敏感梯度场持续的时间，时间越长组织信 号衰减越明显； • 3、两个扩散敏感梯度场的间隔时间，间隔时间越 长，组织信号衰减越明显； • 4、组织中水分子的扩散自由度，在扩散敏感梯度 场施加方向上水分子扩散越自由，组织信号衰减 越明显。
磁共振弥散张量成像（DTI）在颅脑疾病诊断中的应用
磁共振弥散张量成像（DTI）在颅脑疾病诊断中的应用磁共振弥散张量成像(DTI)在颅脑疾病诊断中的应用弥散张量成像(DTI)，是一种描述大脑结构的新方法，是磁共振成像(MRI)的特殊形式。
举例来说，如果说磁共振成像是追踪水分子中的氢原子，那么弥散张量成像便是依据水分子移动方向制图。
弥散张量成像图（呈现方式与以前的图像不同）可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接，引导医疗人员进行大脑手术。
它还可以揭示同中风、多发性硬化症、精神分裂症、阅读障碍有关的细微反常变化。
磁共振弥散张量成像( diffusion tensor imaging,DTI) 是弥散加权成像 ( diffusion weighted imaging,DWI)的发展和深化, 是当前惟一的一种能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法。
到2015年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。
衡量弥散大小的数值称为弥散系数，用D表示，即一个水分子单位时间内自由随机弥散运动的平均范围，单位是mm2/s。
D值越大，水分子弥散运动越强。
表观弥散系数ADC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、正确地评价不同组织各向异性的特点。
DTI是弥散成像的高级形式, 可以定量地评价脑白质的各向异性主要参数【平均弥散率】（mean diffusivity MD），MD反映分子整体的弥散水平（平均椭球的大小）和弥散阻力的整体情况。
MD只表示弥散的大小，而与弥散的方向无关。
MD 越大，组织内所含自由水分子则越多。
【各向异性程度】反映分子在空间位移的程度，且与组织的方向有关。
用来定量分析各向异性的参数很多，有各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、相对各向异性（relative anisotropy ，RA）、容积比指数（volume ratio ，VR）等。
弥散加权成像DWI原理和临床应用PPT
多模态成像融合
将DWI与其他成像技术（如 MRI、CT等）进行融合，实现 多模态成像，提供更全面的医 学影像信息。
个性化治疗
结合基因检测等手段，根据个 体差异制定个性化治疗方案， 提高治疗效果。
普及推广
随着DWI技术的不断完善和应 用效果的验证，其在临床上的 应用将得到更广泛的推广和普
DWI可以区分肿瘤组织和正常组 织，有助于精确测量肿瘤体积，
评估肿瘤缩小或增大的情况。
脑卒中治疗效果评估
在脑卒中治疗过程中，DWI可 以监测脑组织中水分子扩散的 变化，评估缺血或梗塞区的大
小和范围。
通过DWI，可以观察脑卒中 后脑水肿的情况，判断病情
的严重程度和预后。
DWI可以评估溶栓或取栓治疗 的效果，指导后续治疗措施。
弥散加权成像DWI原理和临 床应用
汇报人：WI在临床诊断中的应用 • DWI在治疗效果评估中的应用 • DWI的局限性及未来展望 • 结论
01
DWI原理介绍
弥散概念
弥散是指水分子的随机热运动，即分子的随机位移。在活体 组织中，水分子的弥散运动受到细胞内外屏障的限制，因此 ，水分子在组织中的弥散程度可以反映组织微观结构的特点 。
DWI图像解读
DWI图像可以显示组织中水分子的扩散 运动情况，通过观察图像中信号的强度
和分布，可以对组织结构进行评估。
DWI图像的信号强度与组织的弥散系数 成反比关系，即弥散系数越低，DWI图
像的信号强度越高。因此，通过观察 DWI图像的信号强度可以判断组织结构
的特征，如肿瘤、炎症、梗死等。
DWI图像还可以通过扩散张量成像（ DTI）技术进行更深入的分析，以评估
及。
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dtidwi]dti(弥散张量成像)简介及原理
![dtidwi]dti(弥散张量成像)简介及原理](https://img.taocdn.com/s3/m/d4caad38561252d380eb6e70.png)
[DTI/DWI]DTI(弥散张量成像)简介及原理磁共振弥散张量成像技术是利用水分子的弥散各向异性进行成像,可用于脑白质纤维研究,常用扫描技术包括单次激发平面回波成像(EPI),线阵扫描弥散成像, 导航自旋回波弥散加权成像(LSDI),半傅立叶探测单发射快速自旋回波成像等.每种成像技术各有其优缺点,EPI扫描时间短,图像信噪比高,但存在化学位移伪影、磁敏感性伪影、几何变形;LSDI精确度高,几乎无伪影及变形,但扫描时间过长;导航自旋回波弥散加权成像运动伪影少,但扫描时间长;半傅立叶探测单发射快速自旋回波成像扫描时间短,但图像模糊.综合比较,单次激发平面回波成像是用于临床研究较适宜的方法.(引自%26lt;%26lt;医学影像学杂志%26gt;%26gt;2006年04期王海燕, 赵斌, 于富华) 1827 Robert Brown 首次发现弥散现象1950 Hanh 从理论上提出用自旋回波测量水分子弥散过程的方法1985 Taylor 和Bushel 首次实现磁共振弥散成像1986 Denis LeBihan 首次将磁共振弥散成像应用于活体1990 Michael Moseley 发现弥散成像在早期脑缺血诊断中的价值1996 首次实现人脑弥散张量成像1999首次实现人脊髓弥散张量成像一、弥散张量成像的基本原理弥散张量成像(DTI)是利用弥散加权成像技术改进和发展的一项新技术，弥散张量不是平面过程，以三维立体角度分解，量化了弥散各向异性的信号数据，使组织微结构更加精细显示，弥散需要用张量显示，扫描应用多个梯度场方向，现用6-55个方向。
DTI：弥散具有方向依靠性，分子向各个方向弥散的距离不相等，则成为各向异性(anistrophic)。
而DWI则为水分子弥散的方向相一致，即相同性。
弥散张量成像的原理：在完全均质的溶质中，分子向各方向的运动是相等的，此种弥散方式为各向同性(isotrophic)，其向量分布轨迹成一球形，而另一种弥散是在非均一状态中，分子向各方向运动具有方向依靠性，分子向各方向弥散的距离不相等，称为各向异性（anisotrophic）,其向量分布轨迹成一椭圆形。
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MR弥散和张量成像
急 性 脑 梗 塞 弥 散 成 像
急性脑梗塞的弥散表现
• 细胞内缺血表现（< 3小时 ） ADC图显示异常降低 DWI显示异常高信号 T2WI未见异常 • 血脑屏障轻微破坏，间质水肿（ 3 - 8小时 ） ADC图无变化，仍是降低 DWI显示异常信号的范围增大 T2WI有范围小于DWI的异常信号 • 血脑屏障明显破坏（8 –12 小时） ADC图显示的异常降低轻度增高 DWI显示异常高信号 T2WI与DWI显示同样的异常高信号 • 血管源性水肿加重，间质水肿明显（12小时以后） ADC图无变化 DWI显示异常高信号（面积无变化） T2WI与DWI显示同样的异常高信号
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。
b =γ2Gδ2 (△–δ/3 )
b值是反映附加梯度场性 质的参数
弥散和张量成像
弥散加权成像中的弥散运动
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，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；
弥散的影响因素
• 组织结构 • 生化特性
弥 散 现 象
• 温度
• 外加使局部组织运动的因素 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 弥散测量与成像的唯一方法）
MR弥散和张量成像
成像原理
• 基本脉冲序列：SE EPI
弥 散 成 像 原 理
•
MR弥散和张量成像
急 性 脑 梗 塞 弥 散 成 像
MR弥散和张量成像
35分钟
3小时
脑缺血的演变过程
1W 2W 3W 4W
ADC值下降
ADC值升高
MR弥散和张量成像
T2透过效应 Shine Through
• 弥散图像是多种因素综合形成的对比度 • 弥散图像包含有T2、质子和ADC值变化的综合信息，我 们把T2及质子的对比度在弥散图像上反映的现象称为透 过效应（shine through)。 • Shine through 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。
• 由于DWI图像以SE-EPI序列扫描，含有不同程度的
质子加权和T2成分，不能真正反映脑组织的弥散系数 • 弥散图像包含有T2、质子和弥散程度变化的综合信息
T2
spin
弥散
DWI
&
b=0 b=1000
=
ADC
MR弥散和张量成像
ADC：表观弥散系数
弥散梯度场、b值和ADC值
900
G d 1800 G d
• T2透过效应( T2 Shine Through)
• GE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
MR弥散和张量成像
弥 散 改 变 的 病 理 基 础
A
B
正常组织 随机运动的水分子---低信号
细胞毒性水肿的组织 运动受限的水分子---高信号
组织内影响水分子弥散的因素
• • • 细胞内外的体积变化 水分子通过细胞膜的渗透作用 细胞外间隙形态的改变
D S0 S0 * exp(-g2G2d2(D-d/3)D) exp(b ADC )
=
=
S S
*
b=0
b=1200 s/mm2
MR弥散和张量成像
脉冲序列
脉 冲 序 列 的 选 择
• SE EPI弥散加权像： • 信号的衰减与弥散系数有很好的相关性 • GRE EPI弥散加权像： • 信号的衰减与弥散系数、组织的T1、T2时间、翻转 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
中枢神经系统应用
• TE=70ms • 保证弥散加权像图像的信噪比，TE 应等于 T2。在1.5T磁 共振中，脑组织的T2值最大为180-200ms。 • b=1000 • ZOOM线圈 • 相位校正，优化TE选项，Asset
MR弥散和张量成像
弥 散 加 权 成 像 的 应 用
• 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
射频场
900 弥散梯度场对
1800
梯度场 1
静止水分子
2
3
4
信号强度
弥散水分子
MR弥散和张量成像
弥 散 图 像 的 影 响 因 素
MR弥散和张量成像
T2WI, B=0
DWI, B=1000
ADC：表观弥散系数
弥 散 图 像 的 影 响 因 素
• 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 • T2透过效应 （T2 shine through)
弥散加权成像DWI
原理和临床应用
弥散现象 (Diffusion) • 水分子的热运动，即布朗运动
弥 散 现 象
• 随机和无规律 • 人体组织大部分是水 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。 MR弥散和张量成像
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
•
• • • •
自由水的ADC值大约为
正常脑组织的ADC值为
2.5x10-3mm2/s
0.7-0.9x10-3mm2/s
脑组织急性病变的ADC值多为降低 脑组织亚急性或慢性病变的ADC值多为升高 ADC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
急性脑梗死一周内弥散图像对比度的决定因素
MR弥散和张量成像
eADC
GE引入独特的eADC值概念
DWI
ADC图
eADC图
eADC的应用优势
• • • • eADC = Sb=1000 / Sb=0 eADC图的信号对比度较ADC图高 病变部位的边界显示清晰 应用方便，病变的表现与DWI图像一致，符合临床观察 习惯