DWI原理及其相关参数

弥散是分子等微观粒子由高浓度向低浓度区随机、无规则移动的微观运动，也就是我们常说的布朗运动。人体内水的含量大概为60%-80%，弥散是水分子无规律运动的结果。MR DWI利用组织中的水分子的弥散运动特性进行成像。

磁共振弥散加权成像（DWI）作为半定量成像，其ADC（ ，ADC）可以用作某些疾病的诊断和评价，如对群体的横向比较或对个体的纵向比较等，DWI是目前唯一能够活体检测水分子扩散情况的无创影像学检查。

DWI原理：在传统序列上（常见的为扫描速度较快的单次激发SS-SE-EPI序列），在X、Y、Z三个梯度方向各施加一对长度、幅度、位置均相同的弥散梯度场，并在三个方向采集信号得到三幅图像，最后经过处理得到最终的DWI图像。

在SE-DWI序列中，弥散梯度场对称分布于180°相聚脉冲的两侧，起到补偿作用，在SE序列中两个梯度为均为正向（第一个正向梯度在180°相聚脉冲后变成负向，则变为一正一负的梯度场）

静止质子经过两边梯度场后，质子间的失相位刚好相互抵消，在TE时刻相位能完全重聚，则信号强度不会改变。

运动质子由于本身的运动，位置不断变化，经过两边梯度场后，质子的失相位不能完全的补偿（运动的越快，质子失相位越明显，其越不容易补偿），仍有残留梯度的影响，TE时刻相位不能完全重聚，则信号强度降低，信号减弱。

在GRE-DWI序列中，由于没有180°相聚脉冲，则施加的为一正一负的梯度场

在DWI中有一个重要的参数B值（弥散敏感因子，单位为S/mm2）：

B=γ2G2δ2（Δ－δ/3）

γ代表磁旋比，G代表梯度场的振幅，δ代表持续时间，Δ代表两梯度场的时间间隔。

要想采用较大B值可增加梯度场的振幅G（受物理因素限制，不可能无限增加）、增加梯度场持续时间δ或两梯度场的时间间隔Δ，但后两者的增加会导致TE的延长，信噪比下降，DWI信号强度较差。B值越大其对分子的弥散越敏感，对病变的检出率更高。

B值越大，图像的信噪比越低，但对分子的弥散越敏感，T2穿透效应越小

在人体组织内，DWI信号依赖于组织结构、组织类型、微环境及生理运动（呼吸、心脏搏动、肢体移动等）等因素，所以测得的弥散系数并不仅仅反映水分子的弥散状况，基于上述因素，Le Bihan 提出用ADC来描述活体DWI中的弥散状况。弥散加权图像信号强度：

S=S0EXP（-bADC）

S0：未施加扩散敏感梯度场的信号强度

S：施加扩散敏感梯度场后的信号强度

B：弥散敏感因子

ADC :表观扩散系数

DWI中的信号降低与ADC值的关系表示如下：ADC＝Ln（S2/S1）/（b1－b2）。S1、S2是不同弥散敏感系数（b1、 b2）条件下DWI的信号强度。ADC值增大，代表水分子弥散增加，DWI信号降低，反之亦然。

由上公式可知如需计算出ADC值，则需知道S0和S，这就是为什么我们在扫描DWI序列时至少会有不同B值的两组图像。

DWI扫描序列中至少会有不同B值的两组图像，常为B=0和B为当前前选择值的图像。

随着MRI的更新发展，现在多数机器支持多B值（大于3个）DWI成像（图1，机型GE），一次扫描即可获得多组B值的图像。但很多旧机型仅支持单个B值的DWI成像（图2，机型GE）

ADC单位为mm2/S，人体组织内自由水大约为3.0*10-3mm2/S，正常脑组织大约为（0.7-1.0）*10-3mm2/S

在常规的DWI成像，我们考虑的都是分子各个方向的弥散一致（各向同性）理想模型，如考略到其他因素的干扰则有IVIM、DKI等，如果考略其各向异性并在多个方向施加弥散梯度即可得到另一类成像即DTI图像。

下面简单介绍在日常临床中应用的一些常见参数：

B值的选取：

B值越高对弥散运动越敏感，检查率越高，穿透效应越轻，但信噪比会越低，场强越高，选取的B值可适当增大。

头颅：一般选择1000

腹部（包括盆腔）：一般使用三个B值：0,50（选取一个低B值），600-800

前列腺，子宫：800-1000

胸部，四肢，脊柱：600-800

怎样得到ADC图：

选择了自动生产ADC图选项则可在扫描完成后自动生成ADC图，如机型不支持或未选择自动生成ADC图则可通过后处理工具包里的软件处理生成。大致步骤为：

1.选取DWI序列，打开ADC处理软件

2.选择阈值

调整左右图标分别设置最小值及最大值，选择的阈值范围需包括整个解剖区域

图1：阈值选择不当，造成生成的ADC图错误

3.相关参数的设置

图1：置信水平的选择 图2/3感兴趣区域相关显示参数的选择

可选择ADC或EADC（机型GE），按照弥散的方向及速度，还可以对ADC图进行伪色彩编码和与其他的序列图像融合等功能

4.自动生成ADC图，选择感兴趣区域对比分析ADC值。

改善图像质量：

打开斜坡脉冲采集，可缩短TE时间，改善图像质量

Dual spin echo:可以减小涡流（eddy ）效应引起的图像变形，但会增加TE

TE:明显缩短TE，可减轻图形变形，改善DWI图像

随着MRI系统性能的不断提高，越来越多的新技术被用于DWI成像，大大的提高了图像质量及扫描速度，如读取方式使用自旋回波代替以往的平面回波大大的减小了伪影及图像变形，使用小FOV获得高分辨率的DWI图像，使用并行采集，K空间优化等等。