磁共振彌散加權(quán)成像和彌散張量成像

關(guān)于磁共振彌散加權(quán)成像和彌散張量成像第1頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彌散的概念彌散是自然界中最基本的物理現(xiàn)象，指分子的不規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。通常用于描述分子等顆粒由高濃度向低濃度區(qū)擴(kuò)散的微觀運(yùn)動(dòng)。DWI上水分子隨機(jī)微觀運(yùn)動(dòng)的大小用彌散系數(shù)來(lái)描述，單位為平方毫米／秒。彌散系數(shù)越大，代表分子彌散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。第2頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI的歷史及進(jìn)展1950年——Hahn提出彌散對(duì)MRI信號(hào)強(qiáng)度的影響；1954年——Carr和Purcell以SE序列為基礎(chǔ)測(cè)得水的彌散系數(shù)；1961年——Woessner擴(kuò)展到利用受激回波序列的測(cè)量；1965年——Stejskal和Tanner引入脈沖梯度進(jìn)行彌散敏化；1986年——LeBihan等首次將DWI應(yīng)用于生物組織中。第3頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI基本原理物理基礎(chǔ)

人體中大約有70％的水，與DWI有關(guān)的彌散主要指體內(nèi)水分子（包括自由水和結(jié)合水）的隨機(jī)位移運(yùn)動(dòng)。水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷相互碰撞，每次碰撞后水分子發(fā)生偏向并旋轉(zhuǎn)，使其位置與運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生隨機(jī)變化。在存在濃度梯度情況下，分子彌散運(yùn)動(dòng)遵循一定規(guī)律（Fick’s定律）。即在無(wú)外力作用下，分子總是從濃度高的一方向濃度低的一方位移。第4頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月受限彌散

細(xì)胞膜或大分子蛋白等生物組織中的天然屏障使得水分子的彌散受到限制，稱為受限彌散（ristricteddiffusion)。各向同性彌散在均勻介質(zhì)中，水分子任何方向的彌散系數(shù)都相等，稱為各向同性彌散(isotropicdiffusion)，即彌散不受方向的限制；各向異性彌散同一介質(zhì)在三個(gè)彌散梯度方向（相位、層面和讀出方向）上呈現(xiàn)不同的彌散運(yùn)動(dòng)，引起不同的信號(hào)表現(xiàn)，稱為各向異性彌散（anisotropicdiffusion)。

第5頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI信號(hào)形成機(jī)制

活體組織中，水分子的彌散運(yùn)動(dòng)包括細(xì)胞外、細(xì)胞內(nèi)和跨細(xì)胞運(yùn)動(dòng)以及微循環(huán)（灌注），細(xì)胞外運(yùn)動(dòng)和灌注是組織DWI信號(hào)衰減的主要原因。組織內(nèi)水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)越多，在DWI中的信號(hào)衰減越明顯。自由水比固體組織有極高的彌散系數(shù)，導(dǎo)致信號(hào)大量丟失，在DWI上呈明顯低信號(hào)。第6頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI成像序列

SE-EPI（單次激發(fā)多層面自旋回波－回波平面加權(quán)成像）序列，即在自旋回波序列的基礎(chǔ)上在3個(gè)互相垂直的方向上于180度脈沖前后分別施加成對(duì)的彌散敏感梯度脈沖。優(yōu)點(diǎn)：1、明顯減少成像時(shí)間；

2、降低運(yùn)動(dòng)偽影——propeller技術(shù)應(yīng)用；

3、增加因分子運(yùn)動(dòng)而使信號(hào)強(qiáng)度變化的敏感性。第7頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI定量分析

彌散系數(shù)直接反映組織的彌散特性，為衡量生物組織中分子彌散程度的絕對(duì)值。但受限彌散、彌散時(shí)間、血流、運(yùn)動(dòng)、RF脈沖等因素均可影響測(cè)得的彌散系數(shù)。

表觀彌散系數(shù)（apparentdiffusioncoefficient，ADC)—DWI上測(cè)得的生物組織整體結(jié)構(gòu)特征的彌散系數(shù)，反映水分子彌散和毛細(xì)血管微循環(huán)（灌注）的人工參數(shù)。ADC是水分子移動(dòng)的自由度。在正常腦組織中，水分子向三維空間各個(gè)方向擴(kuò)散的量不同，存在各向異性擴(kuò)散，水分子在平行于神經(jīng)纖維的方向較垂直其方向上更易擴(kuò)散。因此取三個(gè)不同方向的DWI上所測(cè)的ADC平均值，便可消除各向異性的干擾。

第8頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

ADC＝[ln(S1/S2)]/(b2-b1)ln為自然對(duì)數(shù)。S為某一彌散敏感系數(shù)(b）下的信號(hào)強(qiáng)度，S1和S2代表兩個(gè)不同b值興趣區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。

b值——彌散加權(quán)程度（彌散敏感系數(shù)）。

b=(γδA)(△-δ／3)γ為旋磁比，δ、△、A分別為擴(kuò)散梯度持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間及強(qiáng)度，b值單位為秒/平方毫米。臨床應(yīng)用中一般固定δ、△、γ，僅通過(guò)改變A的大小而獲得不同的b值。

第9頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

b值受灌注影響大，小b值主要反映局部組織的微循環(huán)血流灌注，測(cè)得的ADC值不穩(wěn)定。b=0產(chǎn)生無(wú)彌散權(quán)中的T2像。大b值所測(cè)得ADC值受血流灌注影響小，較好反映組織內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動(dòng)。即b值越大，對(duì)水分子運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)越敏感，但圖像的信噪比相應(yīng)的下降。通常b值取1000s/mm3，成二組圖像：b=0和b=1000。第10頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b=0b=1000第11頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI圖：彌散受限組織和長(zhǎng)T2組織均表現(xiàn)為高信號(hào)?！皇羌兇獾膹浬D，包含T2WI成分。（腦脊液是黑的）ADC圖：彌散程度高的組織信號(hào)高（亮），彌散受限組織表現(xiàn)為低信號(hào)。（腦脊液是白的）eADC圖：彌散受限組織信號(hào)高，自由彌散組織信號(hào)低——消除了T2穿透（shinethrough）效應(yīng)的影響。（腦脊液是黑的）第12頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI臨床應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)超急性期和急性期腦缺血感染脫髓鞘病變腫瘤

第14頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI對(duì)超急性和急性腦梗塞的檢出敏感性為88％～100％，特異性為86％～100％。能夠鑒別新鮮與陳舊性梗塞灶，并能評(píng)估預(yù)后。存在假陰性（病灶較小、空間分辨率有限）和假陽(yáng)性（磁敏感效應(yīng)所致）。對(duì)新生兒急性缺血缺氧性腦病顯示敏感，且能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)病灶范圍。對(duì)一過(guò)性缺血發(fā)作（TIA）顯示優(yōu)于常規(guī)MRI。第15頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

DWIADC超急性期腦梗死第16頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI臨床應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)超急性期和急性期腦缺血感染脫髓鞘病變腫瘤

第17頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化膿性感染：膿腔于DWI呈均勻高信號(hào)，ADC降低——彌散受限，與膿液的高粘滯度和膿腫的多細(xì)胞性有關(guān)。對(duì)細(xì)菌性腦膜炎并發(fā)的硬膜下（外）積膿和炎性滲出物有鑒別診斷意義，從而有利于指導(dǎo)臨床治療。一定程度上鑒別皰疹性腦炎和顳葉浸潤(rùn)性膠質(zhì)瘤。第18頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月腦膿腫第19頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI臨床應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)超急性期和急性期腦缺血感染脫髓鞘病變腫瘤

第20頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多發(fā)性硬化（MS）：分期：急性期DWI呈高信號(hào)，慢性病灶呈等信號(hào)，急性期硬化斑ADC明顯高于慢性硬化斑?？煽胯b別脫髓鞘和梗死灶。第21頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DWI臨床應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)超急性期和急性期腦缺血感染脫髓鞘病變腫瘤

第22頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鑒別蛛網(wǎng)膜囊腫與表皮樣囊腫：蛛網(wǎng)膜囊腫——DWI低信號(hào)，ADC明顯高信號(hào)；表皮樣囊腫——DWI高信號(hào)，ADC類(lèi)似腦實(shí)質(zhì)低于CSF信號(hào)。鑒別腦膿腫和腫瘤囊變（壞死）。膠質(zhì)瘤分級(jí)。第23頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蛛網(wǎng)膜囊腫第24頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表皮樣囊腫術(shù)后殘存第25頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月腦膿腫第26頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤第27頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其它應(yīng)用骨骼肌肉系統(tǒng)肝臟乳腺卵巢心臟腎臟第28頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月肝血管瘤第29頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月子宮肌瘤第30頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁共振彌散張量成像磁共振彌散張量成像(DiffusionTensorImaging，DTI)是DWI的發(fā)展和深化，主要用于腦部尤其對(duì)白質(zhì)束的觀察、追蹤、腦發(fā)育和腦認(rèn)知功能的研究、腦疾病的病理變化以及腦部手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃和術(shù)后評(píng)估。第31頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月成像基礎(chǔ)彌散張量是指水分子彌散的各向異性、不均勻性組織彌散特征。DWI只有ADC一個(gè)標(biāo)量來(lái)描述彌散，只代表彌散梯度磁場(chǎng)施加方向上水分子的彌散特點(diǎn)，而不能完全、正確地評(píng)價(jià)不同組織各向異性的特點(diǎn)。

第32頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人體內(nèi)的水分子同體外水分子的運(yùn)動(dòng)不同，它不僅受組織細(xì)胞本身特征的影響，而且還受細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在具有固定排列在具有固定排列順序的組織結(jié)構(gòu)中（如神經(jīng)纖維束），人體內(nèi)的水分子在各個(gè)方向的彌散是不同的，通常更傾向于沿著神經(jīng)纖維束走行的方向進(jìn)行彌散，而很少沿著垂直于神經(jīng)纖維束走行的方向進(jìn)行彌散。第33頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

水分子彌散的各向異性可以用來(lái)追蹤纖維走行，評(píng)估組織結(jié)構(gòu)完整性和連通性。要評(píng)估彌散的各向異性，首先要確定整體彌散張量，這就要求至少在6個(gè)非共線方向上連續(xù)應(yīng)用彌散梯度，來(lái)獲得一組彌散加權(quán)圖像。

第34頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月掃描應(yīng)用序列

單次激發(fā)自旋回波平面成像(EPI)序列。第35頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定量分析各向異性程度的參數(shù)FA（各向異性分?jǐn)?shù)，F(xiàn)ractionalAnisotropy)：最常用，臨床應(yīng)用中主要用來(lái)反映發(fā)育過(guò)程中腦白質(zhì)的髓鞘化程度或變性病中纖維束的破壞。FA值的范圍為0～1，0代表最大各向同性的彌散，1代表假想狀況下最大各向異性的彌散。RA（相對(duì)各向異性度，relativeanisotropy)VR（容積比，volumeratio)

第36頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彌散張量的示蹤(trace)或平均彌散圖需要聯(lián)合應(yīng)用相應(yīng)的示蹤ADC和FA圖進(jìn)行評(píng)價(jià)。在ADC圖中，信號(hào)強(qiáng)度與ADC值呈正比，因此腦脊液為高信號(hào)而腦實(shí)質(zhì)為低信號(hào)。在FA圖中，腦白質(zhì)各向異性最大，表現(xiàn)為高信號(hào)；相反，各向異性最低的腦脊液則表現(xiàn)為低信號(hào)。第37頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第38頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DTI中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床應(yīng)用大腦的發(fā)育梗塞變性性疾?。篗S感染性病變腫瘤性病變其他：腦