一、磁共振弥散成像的基本概念
1.弥散(diffusion):
是描述小分子在组织中微观运动的物理概念,是分子等微观颗粒由高浓度向低浓度弥散的微观移动,即布朗运动,单位为mm2/s。
2.受限弥散:
弥散在生物体内的表现。弥散运动将使溶液系统中的浓度梯度逐渐消失。但是,在生物体中细胞内外或小器官内外却能保持不同的化学环境,这是由细胞膜的屏障作用决定的,也就是说,膜有阻碍分子自由通过的功能,从而使有些分子的跨膜弥散受到限制。受限弥散构成了弥散成像的基础。
3.弥散加权成像(diffusion-weighted MR imaging,DWI):
人体中70%是水,通常所说的弥散主要指水分子或含水组织的弥散。MR通过氢质子的磁化来标记分子而不干扰它的弥散过程。在任一常规MR成像序列中加入弥散梯度突出弥散效应即可行弥散加权成像,可以对组织中水分子的弥散行为直接进行检测。人体内水分子弥散运动速率与状态呈微米数量级的运动变化,与人体组织细胞的大小处于同一数量级。因此,弥散加权成像使MRI对人体的研究深入到细胞水平的微观世界,反映着人体组织的微观世界几何结构以及细胞内外水分子的转运等变化。
4.弥散张量成像(difussion tensor imaging,DTI):
在均质的水中,水分子的弥散运动是一个三维的随机运动,在不同的方向上弥散程度相同,称为各向同性(isotropic)。而在人体组织中,水分子在三维空间的弥散要受多种局部因素如细胞膜及大分子物质的影响。尤其在有髓鞘的神经纤维中,水分子沿轴突方向的弥散速度远大于垂直方向的弥散,此种有很强方向依赖性的弥散,即弥散的各向异性(anisotropic),即水分子的活动在各个方向上其弥散规律不是随机均等的,而是有弥散方向的不均匀性。这个现象在脑白质、骨骼肌、心肌等多种组织中均可见到。各向异性的程度用量化指标来测定,并用向量图或彩色编码来表示即为弥散张量成像。
二、弥散加权成像的原理及临床应用基础
在梯度磁场的情况下,弥散水分子中的质子其横向磁化发生相位位移,相位位移广泛扩散、相互干扰导致MR信号衰减,这种衰减取决于弥散系数及磁场梯度强度。
弥散系数是组织的内部特征,常用D表示。与自由弥散系数相比,组织弥散系数减小,那是因为组织水与自由水虽然以相同的速率进行弥散,但