虽然常规的MRI扫描即可优异的对比度图像,但其获得的图像信息主要是以形态学改变为主,且对疾病的诊疗提供的影像学信息极其有限,很多时候并不能满足我们的临床需求。随着MRI的发展和我们对疾病的不断认识,越来越多的功能成像被应用于MRI的扫描中。从最简单的DWI成像,到以DWI为基础的DKI、IVIM等更高级定量成像技术在临床扫描中得到了广泛的应用。本期主要从临床扫描的角度分享最基础的DWI成像中的技术要点! DWI的基础是基于分子的扩散运动,同时DWI可用于疾病诊断的想法提出的也是非常的早,只是鉴于当时软硬件的限制并没能应用于临床的诊断中。
经过几十年的漫长发展与改进,DWI已经成为了最基础的MRI功能成像。DWI序列是临床扫描中不可或缺的扫描序列。虽然DWI成像技术在临床及科研应用中都得到了广泛的应用,但即使是在软硬件都非常优异的今天,我们临床扫描中DWI仍然只能是基于体素的水平去对人体内分子的扩散现象进行模拟成像,并不能达到分子水平的真实扩散成像的表达与分析。后处理得到的扩散系数也就只能叫做表观扩散系数。 我们在实际的扫描中用到的单指数模型DWI序列是最简单也是最容易实现的模型,其主要反映的是细胞外间隙中水分子扩散的快慢。
真实扩散加权理想状态模型应该是:
理想模型状态下水分子能自由随机运动,表现为各向同性,在任意方向施加相应的敏感梯度得到的结果应该是一致的。 但人体内细胞间隙极其复杂,水分子所处的环境并不是理想的状态:
人体组织内的水分子受到微环境及相应屏障的影响,其受到不同程度的约束,表现为各向异性。 图1,在SI/AP/RL 方向均施加梯度得到的DWI图像。 图2,仅在SI方向施加梯度得到的DWI图像。 在假定的模型之下,如何消除相关因素的干扰,并尽可能的去模拟人体细胞间隙微环境的扩散状态是我们面临的最大挑战。为了尽可能的还原人体内微观的生理结构及变化,在临床扫描中采用了众多的模型和方法来实现DWI成像。临床扫描中是在假定的模型下,通过施加多个方向扩散敏感梯度,来获取组织更为准确的扩散受限信号表现,将获得的多个方向扩散梯度图像合成我们所见的最终DWI图像。
临床扫描中最常用的DWI实现模式:SE-EPI DWI+压脂技术。 在SE序列的180°聚焦脉冲同侧或两侧施加一对扩散敏感梯度,起到“消除那些自由扩散-运动质子的信号”,保留“那些扩散受限-静止质子的信号”,通过它们之间不同受限程度导致的信号差异获得最终的DWI对比。
采用速度极快,对运动不敏感的EPI方式一次或分段读取信号。 临床扫描中可采用单次激发和多次激发模式,常以单次能激发为主。
扩散受限的“静止”质子经过敏感梯度场后,质子间的失相位刚好相互抵消,在TE时刻相位能完全重聚,信号得以保留,则在DWI上表现为高信号。 扩散不受限的“运动”质子由于本身的运动,位置不断变化,经过两边梯度场后,质子的失相位不能完全的补偿(运动的越快,质子失相位越明显,其越不容易补偿),TE时刻相位不能完全重聚,信号丢失,则在DWI上表现为低信号。 也可以理解为:在扩散敏感梯度场强下,布朗运动较强的水分子不受约束,“信号丢失了”,则在DWI上表现为非高信号强度;布朗运动较弱的水分子受到约束,“信号留下来了”,则在DWI上表现为非低的信号强度;最后通过二者的信号差异获得最终的对比图像。 那么我们如何实现多大的信号得以保留,这就需要介绍在临床扫描中一个非常重要的一个参数:b值。 在DWI中有一个重要的参数b值(弥散敏感因子,单位为S/mm2),可简单的理解为施加的敏感梯度的强度。 b=γ2G2δ2(Δ-δ/3)
从上面的公式可以看出,要想采用大b值:
所以要想使用高b值进行DWI扫描,则需MRI强大的硬件支持,如梯度的性能能、AD转换等方面,在实际扫描中如果硬件已经开到了最优性能,那只要通过牺牲图像质量的方式来增加持续时间δ和时间间隔Δ方式来实现。 b值选取地越大,其对分子的弥散越敏感,对扩散不受限组织的信号保留就会越少,获得更多的则是受限组织的信号,其对扩散受限病变的检出率则更高。 b值选取地越小,其对分子的弥散敏感较小,对扩散不受限组织的信号保留就会越多,其扩散不受限与受限组织间的对比较差。 B值选取地越大,对分子的弥散越敏感,组织间的对比会越强,T2穿透效应越小,对扩散受限病变的检出率则更高。但图像的信噪比越低,变形失真会越严重。 基于上述成像原理,所获得的DWI图像很容易产生相应的伪影,同时也很难获得较高的图像分辨率。在临床扫描中会面临诸多的问题:
那么在临床扫描中如何才能获得优异的DWI图像质量?b值选取多少合适?我们将在下期介绍! 参考文献: 杨正汉, 冯逢, 王霄英. 磁共振成像技术指南——检查规范,临床策略及新技术(修订版)[J]. 中国医学影像学杂志, 2010, 04(v.18;No.89):26-26. Hou C , Han H , Yang X , et al. How does the neck flexion affect the cervical MRI features of Hirayama disease?[J]. Neurological Sciences, 2012, 33(5):1101-1105. MRI检查技术专家共识[J]. 中华放射学杂志, 2016, 50(010):724-739. 张英魁,黎丽,李金锋. 磁共振成像系统的原理及其应用[M]. 北京大学医学出版社, 2021. 郝凤玲,吴慧,牛广明.单指数、双指数、拉伸指数模型DWI在胶质瘤术前分级中的应用[J].磁共振成像,2019,10(6):401-405. Andrada,Ianuş,Ines,Santiago,Antonio,Galzerano,Paula,Montesinos,Nuno,Loução,Javier,Sanchez-Gonzalez,Daniel C,Alexander,Celso,Matos,Noam,Shemesh.Higher-order diffusion MRI characterization of mesorectal lymph nodes in rectal cancer.[J].Magnetic resonance in medicine,2020,84(1):348-364. 石林,郑小华,黄小华,刘翠兰,刘梦苓,徐红霞.多模态DWI在急性胰腺炎严重程度分级中的价值[J].放射学实践,2019,34(2):183-187. Guangming,Zhu,Christian,Federau,Max,Wintermark,Hui,Chen,David G,Marcellus,Blake W,Martin,Jeremy J,Heit.Comparison of MRI IVIM and MR perfusion imaging in acute ischemic stroke due to large vessel occlusion.[J].International journal of stroke : official journal of the International Stroke Society,2020,15(3):332-342. 索学玲.DWI技术在中枢神经系统中的应用及研究进展[J].放射学实践,2018,33(2):210-214. ·END· 来源:磁共振之家 |
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