與傳統的MRI技術不同，它主要依賴水分子的運動而非組織的自旋質子密度、T1值或T2值。組織中水分子擴散是指組織內(包括細胞內和細胞外)水分子的一種隨機的熱運動，擴散的方向與幅度受生物膜和組織中大分子的影響。MRI能控制活體組織中水分子的磁化狀態，卻不影響其擴散過程。
基本概念：
1、擴散：布朗運動。
2、擴散係數(D)：分子擴散運動的速度，是指水分子單位時間內隨機擴散運動的範圍，平方毫米/s。水分子在不同組織中的擴散係數不同，它依賴於水分子所處的環境。
3、表觀擴散係數(ADC)：描述DWI中不同方向的分子擴散運動的速度和範圍。由於MR影象自身不能區分各種原因(如熱梯度、質子間相互作用)引起的訊號衰減，因此用ADC值來代替D值。ADC值主要根據擴散加權像上的訊號強度的變化計算出的。ADC=(LnS1/S2)/b2-b1b1和b2分別為施加的兩個擴散敏感因子，S1、S2分別為施加擴散敏感梯度場(b1、b2)後同一部位的組織訊號強度。
4、擴散敏感因子(b value)。MR各成像序列(如SE、GRE、EPI序列)對擴散運動表現的敏感程度，是對擴散運動能力檢測的指標。s/平方毫米。b值與施加的擴散敏感梯度場強、持續時間和間隔有關。
MRI 中水分子的擴散敏感性隨著 b 值的增加而增加，但影象信噪比則相應的下降 。目前顱腦DWI常用的b值約1000s/平方毫米。
5、各向同性擴散。理想環境，水分子在各個方向的擴散速度均同步時，即擴散係數相同，在一段時間後其運動軌跡處於一個球體內。
6、各向異性擴散。人體中，水分子的擴散受到各種因素(如，腦白質纖維中，由於髓鞘的存在，水分子平行於白質纖維時易於擴散，垂直於白質纖維時擴散受限)的影響，在各個方向不相等，在一段時間後其區域性環境的影響致擴散運動在各個方向不同步時，這種擴散運動則表現為各向異性。
7、張量。用於表示一系列三維向量實體內的張力，此概念源於物理學和工程學。
8、本徵向量與本徵值。
9、平均擴散率。MRI體素內各方向擴散幅度的均值，代表某一體素內水分子擴散的大小或程度。
10、分數各向異性。
11、相對各向異性。
12、容積比。
DWI可以觀察水分子的擴散特性。為增加擴散的敏感性，需施加擴散敏感梯度。擴散敏感梯度可與任何脈衝序列融合。擴散敏感梯度可顯著增加序列對水分子布朗運動的敏感性，但它也對其他型別的運動如頭部運動十分敏感。為凍結巨集觀運動，常使用單次激發序列。
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