L’imagerie de diffusion s’intéresse aux micromouvements (aléatoires, de type browniens) des molécules d’eau à l’intérieur des voxels. Dans l’organisme ces mouvements rencontrent différents obstacles (membranes cellulaires, protéines, macromolécules, fibres…), qui varient en fonction des tissus et de certaines modifications pathologiques (œdème intracellulaire, abcès, tumeurs…).
De façon approximative, on peut considérer que c’est principalement l’eau extracellulaire qui est explorée en imagerie de diffusion. L’information de diffusion apporte une information indirecte sur la structure environnant ces molécules d’eau.
Toujours en simplifiant, le déplacement des molécules d’eau peut se résumer à trois libertés de mouvements que l’on va pouvoir différencier : diffusion libre ou restreinte, de façon isotrope ou anisotrope.

Diffusion libre

 

Les molécules d’eau se déplacent librement dans toutes les directions de l’espace. L’exemple type correspond aux fluides tels que le liquide céphalo-rachidien.

 

Diffusion restreinte isotrope

 

Quelle que soit la direction de l’espace, les molécules d’eau ont un déplacement limité, en raison de nombreux obstacles (protéines, cellules)
Exemple : abcès, tumeur à haute cellularité

 

Diffusion restreinte anisotrope

 

Certains tissus structurés constituent des obstacles qui orientent les mouvements des molécules d’eau (tendance à se déplacer dans une ou des directions privilégiées). La diffusion n’est restreinte que dans certaines directions de l’espace. .
Exemple : les fibres nerveuses (organisation parallèle en faisceaux des axones et des couches concentriques de myéline restreignant la diffusion transversalement)

 

L’IRM de diffusion proprement dite vise à mettre en évidence les différences de mobilité des molécules d’eau, sans considération sur leur direction de déplacement.
L’IRM du tenseur de diffusion va quant à elle s’attacher à étudier les directions des mouvements des molécules d’eau, par exemple pour déterminer si elles diffusent dans toutes les directions ou pas (fraction d’anisotropie), ou pour essayer de donner la direction de diffusion privilégiée (ce qui peut être appliqué à la reconstitution indirecte du trajet des fibres nerveuses).