拡散強調画像（DWI）とb値の基礎

拡散強調画像（DWI: Diffusion Weighted Image）は、脳梗塞の超急性期診断をはじめ、いまや臨床で欠かせない撮像法です。そして認定試験でも頻出。その中心にあるのが b値（b-value） です。

この記事では「b値とは何を表すのか」「上げると画像はどう変わるのか」を、用語を噛み砕いて整理します。

そもそも「拡散」とは

体内の水分子は、静止しているように見えても、温度に応じて細かくランダムに動いています（ブラウン運動）。この水分子の動きやすさ＝拡散です。

• 水分子が自由に動ける場所（例：自由水）→ 拡散が大きい
• 水分子の動きが制限される場所（例：細胞が密に詰まった組織、細胞性浮腫）→ 拡散が小さい（制限）

DWIは、この「拡散の大小」を画像のコントラストに変換したものです。

分子が広い範囲に到達 → 拡散 大 狭い範囲しか動けない → 拡散 小

b値とは何か

b値は、「どれくらい強く拡散を強調するか」を決める撮像パラメータです。単位は s/mm²。

DWIでは、180°パルスの前後に一対の傾斜磁場（MPG: motion probing gradient）をかけます。このとき、

• 傾斜磁場の強さ
• 印加する時間（幅）
• 一対の傾斜磁場の間隔

これらをまとめて1つの指標にしたものが b値です。傾斜磁場を強く・長くかけるほど b値は大きくなります。

式で書くと、b値は次のように表されます（Stejskal–Tanner の式）。

$$b = \gamma^2 \, G^2 \, \delta^2 \left( \Delta - \frac{\delta}{3} \right)$$

• $\gamma$：磁気回転比（核に固有の定数）
• $G$：傾斜磁場の強さ
• $\delta$：傾斜磁場を印加する時間（幅）
• $\Delta$：一対の傾斜磁場の間隔

細かい式を暗記する必要はありませんが、「$G$（強さ）や $\delta$（時間）を大きくすると b値が大きくなる」という関係だけ押さえておけば十分です。

b値を上げると画像はどう変わるか

b値	拡散の強調	信号	SNR
低い（例：0）	弱い（ほぼT2像に近い）	高い	高い
高い（例：1000）	強い	全体に低下、拡散制限部が相対的に高信号	低下

ポイントは2つです。

1. b値が高いほど拡散強調が強くなる（拡散の差がコントラストに出やすい）。
2. ただし b値を上げるほど全体の信号は下がり、SNRは低下する。むやみに上げればよいわけではなく、目的の組織・部位で適切な値を選びます。

なお、頭部では b=1000 s/mm² 前後がよく用いられます（部位・施設・装置により設定は異なります）。

ADC（見かけの拡散係数）との関係

DWIの高信号は「本当に拡散が制限されているのか」「単にもとのT2信号が高いだけ（後述のT2 shine-through）」の区別がつきにくいことがあります。これを定量的に評価するのが ADC（Apparent Diffusion Coefficient：見かけの拡散係数） です。

DWIの信号は、b値が大きくなるにつれて次のように減衰します。

$$S(b) = S_0 \, e^{-b \cdot \mathrm{ADC}}$$

• $S(b)$：そのb値での信号強度
• $S_0$：b=0 のときの信号（拡散を強調していない状態）
• $\mathrm{ADC}$：見かけの拡散係数

この式から、ADCが大きい（自由に拡散する）ほど、b値を上げたときに信号が急激に下がることがわかります。逆に拡散が制限されている（ADCが小さい）部分は、高いb値でも信号が残る＝DWIで高信号に見えます。

• 異なる2つ以上のb値で撮像し、信号の減衰具合からADCを計算します。
• その値を画像化したものが ADCマップ。
• 拡散が制限されている部分は ADC が低下します（ADCマップでは低信号＝暗く写る）。

急性期脳梗塞の典型像：DWIで高信号、ADCマップで低信号。この組み合わせが「真の拡散制限」を示す手がかりになります。

T2 shine-through（T2 透過効果）

DWIはベースにT2強調の要素を含みます。そのため、もともとT2で高信号の病変が、拡散制限がなくてもDWIで高信号に見えてしまうことがあります。これが T2 shine-through です。

• 見分け方：T2 shine-throughでは ADCマップが低下しない（むしろ高いことが多い）。
• だからこそ、DWIは ADCマップとセットで読むことが大切です。

試験で問われやすいポイント

• b値の単位（s/mm²）と、「大きいほど拡散強調が強い」という関係。
• b値を上げると SNRが低下すること。
• ADCは 複数のb値から求め、拡散制限でADCは低下すること。
• T2 shine-through の概念と、ADCマップで見分けること。

まとめ

• b値 = 拡散をどれだけ強調するかのパラメータ（単位 s/mm²）。
• b値を上げる → 拡散強調が強まるが、SNRは下がる。
• ADCマップを併用して、真の拡散制限か T2 shine-through かを見分ける。

次回以降、ADCの計算や各部位の代表的b値など、個別の論点も掘り下げていきます。