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2.1.1课程教案、知识点、字幕

同学们大家好

今天我们来学习探索微观水世界的流动密码

磁共振扩散加权成像的基本原理

首先我们来看一段视频

患者男性57岁 突发头痛 头晕

一侧肢体麻木无力活动障碍三小时

患者急诊入院后随来影像科进行检查

首先我们为患者做了ct和MRI平扫

但是很遗憾没有任何阳性发现

那么这位患者真的没有任何异常吗

紧接着我们为患者做了一项特殊的检查

MRI扩散加权成像

结果显示患者右侧基底节区大片扩散受限区

DWI图呈高信号ADC图呈低信号

到此引起患者突发症状的元凶终于水落石出了

它就是超急性期脑梗死

相信同学们对这种特殊的检查一定很感兴趣吧

接下来让我们一步一步的走近它 了解它

首先让我们来认识什么是扩散

扩散是人体许多生理功能中

一种重要的物理过程

是体内物质转运的方式之一

水通常占人体体重的60%~80%

与体温相关的热量使水分子非常活跃

不断的随机运动

扩散就是指分子的随机运动

也叫做布朗运动

即高浓度区的分子向低浓度区的扩散分布

在梯度场下水分子的扩散会导致磁矩的改变

使MRI的信号减低

其中以细胞外水分子的运动对信号的改变起主导作用

让我们来看一下这两幅图

图1这些白色的小圆点代表水分子

它们可以向各个方向随机运动

这些水分子的扩散不受任何约束

我们把这种扩散运动称为自由扩散

然而实际上在生物体中

正如图2所示

水分子的扩散会受到

各种生物膜和大分子结构的限制

那么这就是一种限制性扩散

在人体中我们可以把脑积液

尿液等的水分子扩散

是做自由扩散

而人体一般组织中水分子的扩散运动

都属于限制性扩散

DWI就是通过检测人体组织中

水分子扩散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

MRI扩散加权成像DWI

是目前能够在活体上

进行水分子扩散测量和成像的新方法

接下来让我们来学习

扩散加权成像的基本物理原理

我们知道MRI检测到的信号

会被分配到每个像素中

而每个像素代表受检组织的一个体素

我们以一个体素为例

并结合目前最常用于DWI的SE-EPI序列

来介绍DWI的基本原理

如果我们在SE-EPI序列180度复相脉冲

的两侧各施加一个梯度场

这两个梯度场的

方向强度和持续时间完全相同

我们称之为扩散敏感梯度场

那么梯度场所造成的失相位

可分为以下两种情况

第1种情况

对于扩散梯度场方向没有移动的质子

或者说禁止的水分子

由于180度两侧施加的梯度场完全相同

可以认为梯度场造成的是一种恒定的磁场不均匀

180度复相脉冲可以剔除这种

恒定的磁场不均引起的质子失相位

也就是说梯度场的施加不会引起

这些质子的信号衰减

第2种情况

对于扩散梯度场方向有位置移动的质子

也就是说对于有运动的水分子

这些质子在移动的过程中

经历了磁场强度的变化

由于位置发生了变化

梯度场造成的是一种不恒定的磁场不均

所以180度复相脉冲不能剔除这种质子失相位

因此这种在梯度场方向的位置移动

能够造成质子信号的衰减

由此我们可以得出结论

如果水分子在敏感梯度场方向

扩散的越自由 扩散的距离越大

则经历的磁场变化也越大

组织信号衰减越明显

反之在DWI图上组织信号衰减越明显

则提示组织在梯度场方向扩散越自由

接下来让我们来认识扩散加权成像的参数

b值 什么是b值呢

b值就是指扩散敏感系数或叫梯度因子

它是扩散敏感梯度场的参数

影响b值的因素有哪些呢

影响b值的因素有梯度场的强度

两个梯度场间隔的时间

以及梯度场持续的时间

接下来让我们来学习

什么是表观扩散系数ADC

表观扩散系数可以定量测定DWI信号的强度

有两幅不同b值

b为0和B为1000的图像计算得出ADC图

可以反映体素内扩散运动的强度

在DWI图上 当水分子扩散受限

由扩散导致MRI信号降低的效应减弱

DWI图呈现高信号

而同时由于扩散受限ADC值较小

根据ADC值计算结果重建而得出的ADC图

表现为低信号

下面我们来看这两幅示意图

第一幅图代表正常组织中随机运动的水分子

DWI图为低信号

第二幅图

代表细胞毒性水肿的组织中

运动受限的水分子 DWI图为高信号

那么哪种疾病会有细胞毒性水肿发生呢

让我们一起来看一看

这是超急性期脑梗死

右侧基底节区梗死的脑组织

由于发生了缺血缺氧

进一步发展为细胞毒性水肿

水分子弥散受限

因此DWI图显示高信号

ADC图显示低信号

接下来让我们来学习什么是T2 透过效应

扩散加权成像

通常使用的是SE-EPI T2WI序列成像

除因组织ADC值不同而形成的图像对比之外

还含有组织T2时间不同

所形成的T2 加权图像对比

这就称为T2透射效应或T2效应

b值与T2效应关系密切

因此弥散加权成像需要设置合适的b值

b值小则TE时间短 T2效益明显

b为零时 扩散加权图

实际上就是T2 加权图

b值大时 TE时间长 T2效应小

但是MR信号弱

因为T2效应可以使病变区的信号更高

有利于病变的显示

由于扩散轻微受限

则很难判断扩散加权图上

信号的升高是由于扩散受限还是T2效应引起

当T2效应很明显时

即使扩散正常或增快

扩散加权图仍为高信号

长T2 信号与扩散加快相互抵消

其结果在扩散加权图上表现为等信号

短T2信号的病变

也可因为T2效应造成扩散加权图呈低信号

我们可以采用幂图像EADC来消除T2透射效应

下面这三幅图分别是

DWI图 ADC图和EADC图

EADC图有哪些优势呢

首先EADC图信号对比较ADC图更高

因此病变区的边界显示较ADC图更清楚

另外临床应用更方便

病变呈现的征象与DWI图一致

符合临床观察习惯

好同学们 这一讲

我们学习了磁共振扩散加权成像DWI

的一些基本原理

下一讲我们要继续学习DWI的临床应用

谢谢大家

Brain Science and Advanced Imaging Techniques课程列表：

I. General Introduction

-1. Brain Science and its Development

--1.1

-2. Good Tools are Prerequisite to the Successful Execution of A Job-Advanced MRI Techniques and its

--1.2

-3. Unity is Strength-Team Building and Cooperation

--1.3

-4.Research from clinical questions, and back to clinical application

--1.4

II. Advanced Imaging Techniques

-1.Exploring Brownian Motion in Microscopic World-DWI

--2.1.1

--2.1.2

-2.Discerning the Big Picture from the Observation of Small Details- IVIM

--2.2.1

--2.2.2

-3.DTI Technology-Can You See the Nerve Fiber Tracts?

--2.3.1

--2.3.2

-4.Decoding Brain Metabolic Secrets by Fluctuating Spectral Lines-MRS

--2.4.1

--2.4.2

--2.4.3

-5.Lesion Recognition-Clinical Application of ASL

--2.5.1

--2.5.2

-6.Exploring the Secret of Microscopic World-Clinical Application of DCE-MRI

--2.6.1

--2.6.2

-7.Susceptibility Weighted Imaging (SWI)

--2.7.1

--2.7.2

--2.7.3

III. Functional MRI Data Processing

-1.Introduction to fMRI Data Processing

--3.1.1

--3.1.2

--3.1.3

-2.Task fMRI Technique

--3.2.1

--3.2.2

--3.2.3

IV. Clinical and Research Application of Advanced Imaging Techniques

-1.New Progress in MRI of Cranial Neurovascular Compression (NVC)

--4.1.1

--4.1.2

--4.1.3

-2.Accurate Imaging Localization of Brain Tumors

--4.2.1

--4.2.2

-3."Invisible Killer" of Female Health-New Discovery of Primary Dysmenorrhea fMRI Study

--4.3.1

--4.3.2

--4.3.3

-4.Imaging Manifestations of Neuronal Lesions in Parkinson's Disease

--4.4.1

--4.4.2

--4.4.3

-5.Application of MR Multimodal Imaging in Brain Injury of End-stage Renal Disease

--4.5.1

--4.5.2

-6.Modern Brain Imaging Techniques Encounters Acupuncture Therapy of Traditional Chinese Medicine

--4.6.1

--4.6.2

--4.6.3

-7.Application of MRI in Mild Brain Injury

--4.7.1

--4.7.2

--4.7.3

2.1.1笔记与讨论

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