全身类PET肿瘤筛查磁共振的DWI的基理物理学原理x

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1、全身类PET肿瘤筛查基础---扩散加权成像术DiffusionWeightedImaging历史1950年，Hahn提出弥散对MR信号强度的影响。1954年，Carr和Purcell以SE序列为基础取得水的弥散系数。1961年，Woessner扩展到利用受激回波序列的测量。1965年，Stejskal和Taaner引入脉冲梯度进行弥散敏化。1986年，LeBihan等首次将DWI应用在生物组织中。2004年Takahara等学者提出了磁共振背景抑制弥散加权成像的(diffusion-weightedwhole-bodyimagingwithbackgroundb

2、odysignalsuppression,DWIBS)的概念，又称磁共振全身弥散成像（whole-bodyDWI）,它是医学磁共振成像的一项新技术，以国内E诊断医学服务平台为例，全球各大医学研究机构与影像设备生产厂家积极研究，相继完善了可实现“类似于PET-CT”的成像技术，并很快用于了临床，故我们俗称其为类PET。原理【弥散的概念】弥散又称扩散，是指分子从周围环境的热能中获取运动能量而使分子发生的一连串的、小的、随机的位移现象并相互碰撞，也称分子的热运动或布朗运动。DWI技术就是检测扩散运动的方法之一，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

3、此DWI技术实际上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间接反映组织微观结构的变化。生物组织内的水分子的扩散分为三大类：细胞外扩散，细胞内扩散，跨膜扩散，且扩散运动受到组织结构、细胞内细胞器和组织大分子的影响。DWI是建立在MR成像要素之一——流动效应上的一种成像方法。在宏观图像中反映活体组织水分子的微观运动。MRA观察的是宏观的血流流动现象，而弥散加权成像观察的是微观的水分子流动扩散现象。自由扩散运动：水分子扩散运动不受任何约束。如尿液、脑脊液等中的水分子。限制性扩散运动：水分子由于受周围介质的约束，其扩散运动受到一定程度的限制。人体一般组

4、织中的水分子属于限制性扩散。在均匀介质中，任何方向的弥散系数都相等，这种弥散称为各向同性扩散；在非均匀介质中，各方向的弥散系数不等，这种弥散称为各向异性扩散。各向异性扩散在人体组织中是普遍存在的，其中最典型的是脑白质神经纤维束。水分子在神经纤维长轴方向上扩散运动相对自由，而在垂直于神经纤维长轴的方向上，水分子的扩散运动将明显受到细胞膜和髓鞘的限制。【DWI原理】以SE-EPI序列来介绍DWI的基本原理。射频脉冲使体素内质子的相位一致，射频脉冲关闭后，由于组织的T2弛豫和主磁场不均匀将造成质子逐渐失相位，从而造成宏观横向磁化矢量的衰减。除了上述两种因素以外，我们在

5、某个方向上施加一个扩散梯度场，人为在该方向上制造磁场不均匀，造成体素内质子群失相位，然后在施加一个强度与持续时间完全相同的反向扩散梯度场，则会出现两种情况:在该方向上没有位移的质子不会受两次梯度场强的影响而失相位，而移动的质子因两次梯度场引起的相位变化不能相互抵消，而失相位信号衰减。体素中水分子都存在一定程度的扩散运动，其方向是随机的，而在扩散梯度场方向上的扩散运动将造成体素信号的衰减，如果水分子在敏感梯度场方向上扩散越自由，则在扩散梯度场施加期间扩散距离越大，经历的磁场变化也越大，组织信号衰减越明显。DWI通过测量施加扩散敏感梯度场前后组织发生的信号强度变化，

6、来检测组织中水分子扩散状态（自由度及方向），后者可间接反映组织微观结构特点及其变化。下一节：磁共振DWI成像原理