DWI的基礎(chǔ)是基于分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)DWI可用于疾病診斷的想法提出的也是非常的早，只是鑒于當(dāng)時(shí)軟硬件的限制并沒能應(yīng)用于臨床的診斷中。

• 在1827年分子擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，布朗運(yùn)動(dòng)的提出。
  

• 在1965年，Stejskal和Tanner首次將彌散進(jìn)行量化并獲得了彌散的影像對(duì)比。

• 在1985年，Taylor首次應(yīng)用了DWI。

• 1986年Le Bihan等首次將DWI應(yīng)用于人體大腦的成像。

經(jīng)過幾十年的漫長發(fā)展與改進(jìn)，DWI已經(jīng)成為了最基礎(chǔ)的MRI功能成像。DWI序列是臨床掃描中不可或缺的掃描序列。雖然DWI成像技術(shù)在臨床及科研應(yīng)用中都得到了廣泛的應(yīng)用，但即使是在軟硬件都非常優(yōu)異的今天，我們臨床掃描中DWI仍然只能是基于體素的水平去對(duì)人體內(nèi)分子的擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行模擬成像，并不能達(dá)到分子水平的真實(shí)擴(kuò)散成像的表達(dá)與分析。后處理得到的擴(kuò)散系數(shù)也就只能叫做表觀擴(kuò)散系數(shù)。

我們?cè)趯?shí)際的掃描中用到的單指數(shù)模型DWI序列是最簡單也是最容易實(shí)現(xiàn)的模型，其主要反映的是細(xì)胞外間隙中水分子擴(kuò)散的快慢。

• 細(xì)胞間隙正常，水分子以一定的速率自由擴(kuò)散，在DWI表現(xiàn)為正常信號(hào)。
  

• 細(xì)胞間隙異常，如細(xì)胞的數(shù)量增多、細(xì)胞體積增大等，水分子擴(kuò)散速率異常，在DWI表現(xiàn)為異常信號(hào)。

真實(shí)擴(kuò)散加權(quán)理想狀態(tài)模型應(yīng)該是：

• 在均勻的介質(zhì)中。
  

• 不受任何因素的干擾，完全自由隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。

• 服從高斯分布。

理想模型狀態(tài)下水分子能自由隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為各向同性，在任意方向施加相應(yīng)的敏感梯度得到的結(jié)果應(yīng)該是一致的。

但人體內(nèi)細(xì)胞間隙極其復(fù)雜，水分子所處的環(huán)境并不是理想的狀態(tài)：

• 人體細(xì)胞間隙為非均勻介質(zhì)。
  

• 水分子受微環(huán)境、相關(guān)屏障和設(shè)備的影響，非隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。

• 不服從高斯分布。

人體組織內(nèi)的水分子受到微環(huán)境及相應(yīng)屏障的影響，其受到不同程度的約束，表現(xiàn)為各向異性。

圖1，在SI/AP/RL 方向均施加梯度得到的DWI圖像。

圖2，僅在SI方向施加梯度得到的DWI圖像。

在假定的模型之下，如何消除相關(guān)因素的干擾，并盡可能的去模擬人體細(xì)胞間隙微環(huán)境的擴(kuò)散狀態(tài)是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。為了盡可能的還原人體內(nèi)微觀的生理結(jié)構(gòu)及變化，在臨床掃描中采用了眾多的模型和方法來實(shí)現(xiàn)DWI成像。臨床掃描中是在假定的模型下，通過施加多個(gè)方向擴(kuò)散敏感梯度，來獲取組織更為準(zhǔn)確的擴(kuò)散受限信號(hào)表現(xiàn)，將獲得的多個(gè)方向擴(kuò)散梯度圖像合成我們所見的最終DWI圖像。

• 擴(kuò)散敏感梯度至少三個(gè)：SI/AP/RL。每個(gè)方向都可得到相應(yīng)的擴(kuò)散梯度圖像。

• 擴(kuò)散敏感梯度可分開施加也可同時(shí)施加。

• 擴(kuò)散敏感梯度施加的位置取決于選取的模型及序列。

• 擴(kuò)散敏感梯度施加的強(qiáng)度取決于選取的b值。

• 擴(kuò)散受不受限，是一個(gè)相對(duì)的概念，主要看選取的b值。

臨床掃描中最常用的DWI實(shí)現(xiàn)模式：SE-EPI DWI+壓脂技術(shù)。

在SE序列的180°聚焦脈沖同側(cè)或兩側(cè)施加一對(duì)擴(kuò)散敏感梯度，起到“消除那些自由擴(kuò)散-運(yùn)動(dòng)質(zhì)子的信號(hào)”，保留“那些擴(kuò)散受限-靜止質(zhì)子的信號(hào)”，通過它們之間不同受限程度導(dǎo)致的信號(hào)差異獲得最終的DWI對(duì)比。

• 擴(kuò)散敏感梯度對(duì)稱分布于180°相聚脈沖的兩側(cè)，則其大小相同，極性相同（第一個(gè)正向梯度在180°相聚脈沖后變成負(fù)向，則變?yōu)橐徽回?fù)的梯度場）。

• 擴(kuò)散敏感梯度對(duì)稱分布于180°相聚脈沖的同側(cè)，則其大小相同，極性相反（雙極梯度）。

采用速度極快，對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感的EPI方式一次或分段讀取信號(hào)。

臨床掃描中可采用單次激發(fā)和多次激發(fā)模式，常以單次能激發(fā)為主。

擴(kuò)散受限的“靜止”質(zhì)子經(jīng)過敏感梯度場后，質(zhì)子間的失相位剛好相互抵消，在TE時(shí)刻相位能完全重聚，信號(hào)得以保留，則在DWI上表現(xiàn)為高信號(hào)。

擴(kuò)散不受限的“運(yùn)動(dòng)”質(zhì)子由于本身的運(yùn)動(dòng)，位置不斷變化，經(jīng)過兩邊梯度場后，質(zhì)子的失相位不能完全的補(bǔ)償（運(yùn)動(dòng)的越快，質(zhì)子失相位越明顯，其越不容易補(bǔ)償），TE時(shí)刻相位不能完全重聚，信號(hào)丟失，則在DWI上表現(xiàn)為低信號(hào)。

也可以理解為：在擴(kuò)散敏感梯度場強(qiáng)下，布朗運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)的水分子不受約束，“信號(hào)丟失了”，則在DWI上表現(xiàn)為非高信號(hào)強(qiáng)度；布朗運(yùn)動(dòng)較弱的水分子受到約束，“信號(hào)留下來了”，則在DWI上表現(xiàn)為非低的信號(hào)強(qiáng)度；最后通過二者的信號(hào)差異獲得最終的對(duì)比圖像。

那么我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)多大的信號(hào)得以保留，這就需要介紹在臨床掃描中一個(gè)非常重要的一個(gè)參數(shù)：b值。

在DWI中有一個(gè)重要的參數(shù)b值（彌散敏感因子，單位為S/mm2），可簡單的理解為施加的敏感梯度的強(qiáng)度。

b=γ²G²δ²（Δ－δ/3）

• γ代表磁旋比

• G代表梯度場的振幅

• δ代表持續(xù)時(shí)間

• Δ代表兩梯度場的時(shí)間間隔

從上面的公式可以看出，要想采用大b值：

• 增加梯度場的振幅G，但受設(shè)備本身和物理因素限制，不可能無限增加。

• 增加梯度場持續(xù)時(shí)間δ或兩梯度場的時(shí)間間隔Δ，但會(huì)導(dǎo)致TE的延長，信噪比下降，DWI信號(hào)強(qiáng)度較差。

所以要想使用高b值進(jìn)行DWI掃描，則需MRI強(qiáng)大的硬件支持，如梯度的性能能、AD轉(zhuǎn)換等方面，在實(shí)際掃描中如果硬件已經(jīng)開到了最優(yōu)性能，那只要通過犧牲圖像質(zhì)量的方式來增加持續(xù)時(shí)間δ和時(shí)間間隔Δ方式來實(shí)現(xiàn)。

b值選取地越大，其對(duì)分子的彌散越敏感，對(duì)擴(kuò)散不受限組織的信號(hào)保留就會(huì)越少，獲得更多的則是受限組織的信號(hào)，其對(duì)擴(kuò)散受限病變的檢出率則更高。

b值選取地越小，其對(duì)分子的彌散敏感較小，對(duì)擴(kuò)散不受限組織的信號(hào)保留就會(huì)越多，其擴(kuò)散不受限與受限組織間的對(duì)比較差。

B值選取地越大，對(duì)分子的彌散越敏感，組織間的對(duì)比會(huì)越強(qiáng)，T2穿透效應(yīng)越小，對(duì)擴(kuò)散受限病變的檢出率則更高。但圖像的信噪比越低，變形失真會(huì)越嚴(yán)重。

基于上述成像原理，所獲得的DWI圖像很容易產(chǎn)生相應(yīng)的偽影，同時(shí)也很難獲得較高的圖像分辨率。在臨床掃描中會(huì)面臨諸多的問題：

• 未采用重聚脈沖，易產(chǎn)生磁敏感偽影。

• 采用EPI的讀出方式，雖然掃描速度快，但分辨率和信噪比都很難做到很高。

• 采用正反擴(kuò)散敏感梯度的讀出方式，容易產(chǎn)生相位錯(cuò)誤，導(dǎo)致明顯的圖像變形失真，特別是單次激發(fā)序列。
  

• 質(zhì)子共振頻率差異造成的相移，在相位編碼方向上易產(chǎn)生化學(xué)位移偽影。

• 強(qiáng)大的梯度場快速切換，噪音大，SAR值積累高。

那么在臨床掃描中如何才能獲得優(yōu)異的DWI圖像質(zhì)量？b值選取多少合適？我們將在下期介紹！