MR扩散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）是20世纪90年代初中期发展起来的MRI新技术，国内于90年代中期引进该技术并在临床上推广应用。DWI是目前唯一能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创性方法。
DWI的技术要点
为了在临床上更好的应用DWI技术，首先必需了解DWI的技术要点。
（一）DWI上组织信号衰减的影响因素
尽管DWI可以用多种序列进行，但影响其组织信号衰减的因素基本相同。与未施加扩散敏感梯度场的相应序列相比，在DWI上各种组织的信号都在衰减，只是衰减的程度有所差别而已。DWI上组织信号强度的衰减主要与以下因素有关：（1）扩散敏感梯度场的强度，强度越大组织信号衰减越明显；（2）扩散敏感梯度场持续的时间，时间越长组织信号衰减越明显；（3）两个扩散敏感梯度场的间隔时间，间隔时间越长，组织信号衰减越明显；（4）组织中水分子的扩散自由度，在扩散敏感梯度场施加方向上水分子扩散越自由，组织信号衰减越明显。
（二）b值及其对DWI的影响
上述影响DWI上组织信号衰减的因素中的前三项都与扩散敏感梯度场有关。在DWI技术中，我们把施加的扩散敏感梯度场参数称为b值，或称扩散敏感系数。在常用SE-EPI DWI序列中，b值＝g2G2δ2（D－δ/3），式中g代表磁旋比；G代表梯度场强度；δ代表梯度场持续时间；D代表两个梯度场间隔时间。
b值对DWI的影响很大，b值越高对水分子扩散运动越敏感，b值增高也带来一些问题：（1）组织信号衰减越明显，太高的b值得到的DWI信噪比（SNR）很低；（2）在机器硬件条件一定的情况下，b值增高必然延长TE，进一步降低了图像的SNR；（3）即便机器硬件和图像的信噪比许可，梯度脉冲对周围神经的刺激也限制了太高的b值。较小的b值得到的图像信噪比较高，但对水分子扩散运动的检测不敏感，而且组织信号的衰减受其他运动的影响较大，如组织血流灌注造成水分子运动等，这些运动模式相对水分子的扩散运动来说要明显得多。
因此b值的选择对于DWI非常重要，但实际上b值的合理选择较为困难，在临床上根据设备条件、所选用的序列以及临床目的的不同，应适当调整b值。在目前常用的MRI仪上，脑组织DWI的b值一般选择在800~1500s/mm2。
（三）DWI的方向性
由于只有在施加扩散敏感梯度场方向上的运动才有相位的变化，因此DWI所反映的水分子扩散运动具有方向性。DWI只能反映扩散敏感梯度场方向上的扩散运动，其他方向上的扩散运动则不能检测出来。为了全面反映组织在各方向上的水分子扩散情况，需要在多个方向上施加扩散敏感梯度场。
在前面扩散的基本概念中曾提到各向异性扩散的概念，由于DWI具有方向性，所以可以很好的反映组织扩散的各向异性。如内囊后肢的白质纤维束是上下走向，上下方向水分子扩散相对自由，在颅脑横断面DWI，如果在层面选择方向（上下方向）施加扩散敏感梯度场，则内囊后肢的信号衰减比较明显，表现为明显低信号。如果在左右方向上施加扩散敏感梯度场，由于内囊后肢的水分子在此方向扩散运动明显受限，信号衰减很少，因而表现为相对高信号。
如果我们在多个方向（6个以上方向）分别施加扩散敏感梯度场，则可对每个体素水分子扩散的各向异性作出较为准确的检测，这种MRI技术称为扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）。利用DTI技术可以很好地反映白质纤维束走向，对于脑科学的研究将发挥很大的作用。
（四）扩散系数和表观扩散系数
通过对施加扩散敏感梯度场前后的信号强度检测，在得知b值的情况下，我们可以计算组织的扩散系数。需要指出的是，在DWI上造成组织信号衰减不仅仅是水分子的扩散运动，水分子在扩散敏感梯度场方向上各种形式的运动（或位置移动）都将造成组织信号的衰减，如组织血流灌注中的水分子运动及其他生理运动等。SE-EPI由于采集速度很快，基本可以冻结组织多数的生理运动，但无法消除血流灌注对组织信号的影响。
因此利用DWI上组织信号强度变化检测到的不是真正的扩散系数，而将会受到其他形式水分子运动的影响。正因为此，我们只能把检测到的扩散系数称为表观扩散系数（apparent diffusion coeffecient，ADC）。其计算公式如下：ADC = ln（SI低/SI高）/（b高－b低）。式中SI低表示低b值DWI上组织的信号强度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上组织的信号强度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然对数。从式中可以看出，要计算组织的ADC值至少需要利用2个以上不同的b值。
常用的DWI序列
用于DWI的序列很多，可以是GRE、SE、FSE、单次激发FSE序列等，可以是T1WI、T2WI或T2*WI序列。这里仅介绍目前临床上最为常用的单次激发SE-EPI DWI序列和SE线扫描DWI序列。
图1 SE-EPI DWI序列及其原理示意图图a为序列结构图，90°脉冲激发后，在180°脉冲的前后各施加一个强度、持续时间和方向均相同的扩散敏感梯度场，180°复相脉冲将产生一个自旋回波信号，其他MR信号利用EPI技术进行采集。图b为DWI原理示意图。方框表示一个体素，圆圈表示其中的水分子，带有箭头者表示在扩散敏感梯度场方向上具有扩散运动的水分子。由于180°两侧的梯度场完全相同，没有位置移动的水分子中质子将不会因为梯度场而发生相位离散，而在扩散梯度场方向上位置移动的质子相位将发生离散，从而引起组织信号信号衰减。
（一）单次激发SE-EPI DWI序列
场强在1.0T以上的MRI仪目前多采用单次激发SE-EPI序列进行DWI（图1）。该序列如果不施加扩散敏感梯度场，得到将是T2WI，在T2WI基础上施加扩散敏感梯度场将得到DWI，b值一般选择为1000s/mm2左右，根据需要可在层面选择方向上施加扩散敏感梯度场，也可在层面选择、频率编码及相位编码方向上都施加。该序列TR为无穷大，因此剔除了T1弛豫对图像对比的污染，根据需要和扫描机的软硬件条件，TE一般为50~100 ms。该序列成像速度很快，单层图像的TA在数十到100毫秒。
（二）SE线扫描DWI序列
SE线扫描DWI的原理和SE-EPI DWI相同，仅采用的序列和MR信号采集方式有所不同。该技术主要用于低场强MRI仪，因为单次激发SE-EPI序列在低场强扫描机上效果较差。
SE线扫描DWI采用的是SE序列，也是在180°复相脉冲两侧施加扩散敏感梯度场。以颅脑横断面为例，先在上下方向施加层面选择梯度场，在横断面施加90°脉冲，然后在左右方向施加另一个层面选择梯度场，在矢状面施加180°脉冲。由于施加90°激发的横断面和180°激发的矢状面相互垂直，两者相交的一条线上同时接受了90°和180°脉冲，因而回波来自于两平面相交的一条线上的组织。保持90°激发的层面不变，而改变180°激发的矢状面的位置，就采集到左右位置不同的许多条前后方向线状组织的信号，相互叠加即成为一个平面。由于每个回波采集到的是一条线，因此称为线扫描，线扫描采集的每个回波是一维的，只有频率编码（此处为前后方向），由于利用不断变换位置的矢状面激发来代替相位编码，因而线扫描没有相位编码。
图2 SE线扫描DWI序列示意图本示意图以头颅横断面为例。图a示在层面选择梯度场的作用下，90°脉冲施加在横断面上（两条横线之间的区域）。图b示在另一个层面选择梯度场的作用下，180°复相脉冲施加在矢状面上（黑边白色框区域），与90°脉冲激发的层面相交。图c示90°脉冲和180°脉冲激发的两个层面相交得到前后方向的一条线（黑边灰色框区域）。在横断层面上不断施加90°脉冲，而通过矢状面层面选择梯度场和180°脉冲频带的调整，180°脉冲施加在矢状面位置从左向右不断移动，得到从左向右排列的许多条前后方向的线，组合起来就是一个平面图像。
DWI的临床应用
DWI在临床上主要用于超急性脑梗塞的诊断和鉴别诊断，急性脑缺血缺氧造成的主要是细胞毒性水肿。在DWI上，超急性和急性梗塞的脑组织表现为高信号。与常规T1WI和T2WI相比，DWI可以更早的发现梗塞区的信号异常。
需要注意的是，其他一些脑组织病变在DWI上也可能表现为高信号，如多发硬化的活动病灶、部分肿瘤、血肿、脓肿等，在鉴别诊断时需要引起注意。
除脑部病变外，其他脏器如肝脏、肾脏、乳腺、脊髓、骨髓等也可进行DWI，将可能给这些部位病变的诊断和鉴别诊断提供信息，但目前在这些方面的经验还不多，还需要进一步研究。
利用DTI技术进行的脑白质束成像不仅可用于脑科学的研究，在临床上也能提供一些有价值的信息，如肿瘤对周围白质束的影响、术前提示手术时应该避免损伤的重要白质纤维束等。
