DWI原理及臨床應(yīng)用

1、DWI原理及臨床應(yīng)用內(nèi)容提要一、DWI原理二、DWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床應(yīng)用什么是彌散（Diffusion)水分子隨機(jī)、無規(guī)律的熱運(yùn)動，即布朗運(yùn)動。一、DWI原理及有關(guān)概念什么是彌散系數(shù)(Diffusion Coefficiece)衡量水分子彌散的程度。彌散系數(shù)越大，單位時(shí)間內(nèi)水分子隨機(jī)運(yùn)動的距離越大。DWI原理磁共振彌散成像在原有脈沖序列的基礎(chǔ)上加上一對梯度脈沖，此對梯度正好大小相同，方向相反。time9001800回波TEDWI原理DWI公式：S2=S1 exp (-bD) S2、S1為不同b值時(shí)的DWI信號；b：彌散敏感系數(shù)；D：彌散系數(shù)DWI信號的影響因素：主要有彌散敏感系數(shù)、彌散系數(shù)

2、、T2穿透效應(yīng)、 各向異性以及掃描序列等DWI常用SE-EPI序列來完成，該序列成像迅速，減少運(yùn)動偽影， 增加對分子運(yùn)動所致信號變化的敏感性原理b值b值是一個(gè)反應(yīng)在序列中施加梯度大小的量度值。b值越大，施加的正反兩個(gè)梯度的強(qiáng)度就越大，對彌散探測就越敏感。但整個(gè)圖像的信號就越低，SNR就越差。b值越小，施加的正反兩個(gè)梯度的強(qiáng)度就越小，對彌散探測就越不敏感。但整個(gè)圖像的信號就越高，SNR就越好。在頭部，b值一般為1000左右。在體部，b值一般為300-800。1800影響彌散的因素在活體中，彌散受組織結(jié)構(gòu)、生化特性影響外，還受多種生理因素影響：如心臟搏動、呼吸、 灌注、肢體移動，所以用表觀彌散系數(shù)

3、（ADC）來描述活體彌散成像中的彌散狀況。9 彌散的程度可以量化，常用表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficients, ADC）值來表示，ADC=Ln（S2/S1）/ b1b2，用圖像表示即ADC偽彩圖。ADC值能真實(shí)反映病變的彌散程度。ADC值與DWI圖像信號呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，ADC值增大，代表水分子彌散加。ADC值A(chǔ)DCDWI(b=1000)T2(b=0)ADCDWIADC偽彩圖灰質(zhì)在常規(guī)DWI像上呈等信號，白質(zhì)呈略低信號，在ADC偽彩圖上灰質(zhì)較白質(zhì)彌散稍快。ADC偽彩圖：ADC偽彩圖本質(zhì)是由不同色彩的深淺來代表ADC值大小的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)，這種形態(tài)學(xué)表現(xiàn)僅與病變本身

4、的ADC值有關(guān)，而與病變的T2值或T1值無關(guān)，因此ADC偽彩圖更能真實(shí)地反映病變或組織的水分子擴(kuò)散情況。1234病理基礎(chǔ)正常組織隨機(jī)運(yùn)動的水分子-低信號細(xì)胞毒性水腫的組織運(yùn)動受限的水分子-高信號A B病理基礎(chǔ)細(xì)胞壞死崩解組織水分子運(yùn)動不受限制DWI仍然是高信號！T2穿透效應(yīng)DWI彌散T2彌散加權(quán)圖像包含有T2、彌散變化的綜合信息，我們把T2的對比度在彌散圖像上反映的現(xiàn)象稱為透過效應(yīng)（shine through)，造成彌散受限假陽性表現(xiàn)。消除T2穿透效應(yīng)的方法有兩種： 即ADC值，EDC值（指數(shù)彌散系數(shù)值）T2WI1常規(guī)DWI2ADC3圖13：左枕部長T2信號（囊性）病變，由于T2透過效應(yīng)，在常

5、規(guī)DWI上呈明顯高信號，但ADC偽彩圖示擴(kuò)散稍加快。一 、正常人群腦組織的ADC值兩側(cè)大腦半球相同部位ADC值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。盧潔,李坤成.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2003,19(8):975-977盧潔,李坤成.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2003,19(8):975-977二、DWI高信號病變的鑒別診斷細(xì)胞毒性水腫（急性腦梗死）細(xì)胞密度增加（淋巴瘤、髓母細(xì)胞瘤、原始外胚層腫瘤）組織粘性增加（膿腫、表皮樣囊腫）興奮性腦損傷（谷氨酸）DWI彌散受限原因ADC表觀彌散系數(shù)(Apparent diffusion coefficient, ADC)缺氧腦組織水分子由細(xì)胞外轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)急性腦梗死DWI高信號，而ADC降

6、低急性腦梗塞DWI早期發(fā)現(xiàn)病變急性腦梗塞病人，有明顯癥狀。在T2, T1, FLAIR圖像上都未見異常。DWI上清晰顯示病灶區(qū)。急性腦梗死不同部位腦梗死（1）DWI圖ADC圖4T2WIM 27YDWIADC急性腦梗死（2）大面積腦梗死舉例T2WIDWI3DTOF亞急性腦梗死DWI圖DWI圖ADC圖28 多發(fā)腔隙性腦梗死灶中發(fā)現(xiàn)新發(fā)病灶DWI能早期發(fā)現(xiàn)深部腦白質(zhì)穿支小動脈閉塞所致細(xì)胞毒性水腫，尤其是能從不同時(shí)期多發(fā)腔隙性梗死灶中鑒別出急性期病灶，以指導(dǎo)臨床治療。左圖示雙側(cè)基底節(jié)區(qū)散在多發(fā)小腔隙性腦梗死灶，其中左側(cè)內(nèi)囊膝部病灶為本次新發(fā)病灶。ADCeADC常規(guī)DWIT2WIADC腦梗死的演變過程A

7、DC值下降A(chǔ)DC值升高1W 2W 3W 4W急性腦梗死（3）DWI高信號機(jī)制：腦梗死病生細(xì)胞源性水腫（數(shù)秒）血管源性水腫（數(shù)小時(shí)-數(shù)天， 無彌散受限）正常腦組織水分子布朗運(yùn)動細(xì)胞內(nèi)水腫水分子運(yùn)動受限急性、超急性期腦梗死: 腦動脈阻塞后，缺血中 心區(qū)腦組織嚴(yán)重缺血，數(shù)分鐘內(nèi)出現(xiàn)不可逆損傷，即細(xì)胞毒性水腫。DWI能超早期（發(fā)病30min）發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺血中心區(qū)，在常規(guī)DWI上呈明顯高信號，ADC圖示彌散明顯受限。ADC值演變：5-10d ADC值逐漸接近正常， DWI高信號；10d 數(shù)月， ADC值大于正常， DWI信號降低。DWI在腦梗死中的演變圖13：右基底節(jié)區(qū)超急性腦出血，DWI呈混雜不均高信號

8、，ADC偽彩圖示不均勻彌散受限；圖46：小腦半球急性腦梗死，DWI呈明顯均勻高信號，ADC偽彩圖示彌散受限。DWI圖右側(cè)額葉腦挫裂傷21天DWI圖DWI圖ADC圖T1WIDWI對急性腦梗死與腦出血的鑒別 急性期血腫(24h) DWI為不規(guī)則高低混雜信號, ADC偽彩圖示彌散不均勻受限?？赡苡捎诩毙匝[內(nèi)主要為氧合血紅蛋白,紅細(xì)胞尚完整,去氧血紅蛋白在逐漸增多,這時(shí)細(xì)胞內(nèi)外鐵分布不均勻造成局部磁化率不一致而導(dǎo)致信號不均。急性腦梗塞由于細(xì)胞毒性水腫，DWI表現(xiàn)為均勻高信號，ADC偽彩圖示彌散明顯較均勻受限。腦內(nèi)淋巴瘤強(qiáng)化病灶DWI高信號，ADC值低Figure 3: right frontal r

9、egion lymphoma in 69-year-old woman. A, Fluid-attenuated surrounding edema (arrowheads). C, ADC map and, D, diffusion-weighted image (10000/118; b values, 0 and 1000 sec/mm2) show restricted diffusion wherelowest ADC obtained was 0.86103mm2/sec.Al-Okaili RN, Krejza J. Intraaxial brain masses: MR ima

10、ging-based diagnostic strategy-initial experience. Radiology. 2007 May;243(2):539-50.DWI圖ADC圖CADC圖DWI圖T2FLAIRC淋巴瘤DWI：瘤體稍高信號，ADC值略低。髓母細(xì)胞瘤DWI：瘤體略高信號，ADC值略低；壞死囊變區(qū)DWI信號與腦脊液相似DWI圖C+髓母細(xì)胞瘤髓母細(xì)胞瘤歸為幕下原始神經(jīng)外胚層瘤，腫瘤分化程度差，4級腫瘤，血供豐富，易囊變，但很少出血和鈣化。腫瘤實(shí)性部分DWI呈略高信號，ADC圖呈略低信號。壞死囊變部分與腦脊液信號相仿。瘤周水腫DWI呈等及稍高信號，ADC圖呈稍高及高信號。神經(jīng)膠

11、質(zhì)瘤低級和高級星形細(xì)胞瘤瘤體的平均最小ADC值分別為1.3720.203和0.863 0.130DWI圖DWI圖C+C+神經(jīng)膠質(zhì)瘤DWI等及高信號低級和高級星形細(xì)胞瘤瘤體的平均最小ADC值分別為1.370.20和0.86 0.13尚不能實(shí)現(xiàn)僅由DWI或ADC值來區(qū)分腫瘤浸潤和灶周水腫右額葉腦轉(zhuǎn)移瘤。 DWI上瘤體呈稍高信號，瘤體ADC值為0.83 10 - 3mm2/ sDWI圖脫髓鞘假瘤DWI信號稍高，ADC值升高， 與高級膠質(zhì)瘤鑒別DWI圖ADC圖C+451T2WI2DWI圖13：左額葉腦膿腫，DWI上膿腔呈明顯高信號,ADC圖信號降低；圖46：左額葉單發(fā)性腦轉(zhuǎn)移瘤，DWI上壞死囊變區(qū)呈明

12、顯低信號,ADC圖信號增高。63451T2WI2DWI63ADC圖13：右側(cè)基底節(jié)區(qū)腦膿腫；圖46：右側(cè)基底節(jié)區(qū)頂葉惡性膠質(zhì)瘤腦腫瘤和腦膿腫的鑒別DWI對于環(huán)狀強(qiáng)化的病灶很有鑒別意義病灶中心DWI高信號，而低ADC值，提示粘稠膿液（如腦膿腫）病灶中心DWI低信號，而ADC值升高，提示壞死（如多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤、腦轉(zhuǎn)移）1T2WI4563ADC2DWI圖13：左側(cè)橋前池表皮樣囊腫，DWI上呈明顯高信號，ADC偽彩圖示擴(kuò)散稍加快；圖46：左額葉蛛網(wǎng)膜囊腫，DWI上呈明顯低信號，ADC偽彩圖示擴(kuò)散明顯加快。表皮樣囊腫和蛛網(wǎng)膜囊腫的鑒別表皮樣囊腫：DWI高信號：可能與T2穿透效應(yīng)有關(guān)ADC值可以近似灰

13、質(zhì)和白質(zhì)蛛網(wǎng)膜囊腫：DWI低信號（無彌散受限）高ADC值興奮性腦損傷（1）機(jī)制（神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞單位）AJNR Am J Neuroradiol.2005;26(2):216-28.興奮性腦損傷（2）谷氨酸增多機(jī)制AJNR Am J Neuroradiol.2005;26(2):216-28.興奮性腦損傷常見病因急性腦血管病缺氧缺血性腦病搖晃嬰兒綜合癥彌漫性軸索損傷皰疹病毒性腦炎癲癇持續(xù)狀態(tài)橋腦中央髓鞘溶解癥CJD甲氨蝶呤誘導(dǎo)白質(zhì)腦病韋尼克腦病多發(fā)性硬化病毒性腦炎右側(cè)額葉、島葉病毒性腦炎 。DWI圖病灶呈等及高信號， ADC偽彩圖呈黃綠色示彌散加快。病灶ROI1的ADC值為0.9410 - 3

14、mm2/ s 。DWI圖亞急性硬化性全腦炎常規(guī)MRI陰性，DWI右側(cè)頂葉、左側(cè)顳葉見小片高信號亞急性硬化性全腦炎5周后，DWI為高信號，彌散未見受限，T2穿透效應(yīng)所致。DWI圖DWI圖ADC圖炎癥、脫髓鞘病變DWI顯示為略高、等或略低信號，大多數(shù)彌散不受限，早期可見彌散受限區(qū)域。DWI高信號，T2效應(yīng)所致。DWI較常規(guī)MRI早期發(fā)現(xiàn)病變。缺氧缺血性腦?。–O中毒）DWI圖DWI圖ADC圖橋腦中央髓鞘溶解癥DWI圖DWI圖ADC圖DWI高信號，ADC圖稍低信號橋腦中央髓鞘溶解癥(CPM)：多種原因引起的電解質(zhì)紊亂致橋腦中央和或橋腦外脫髓鞘性病變，多有嚴(yán)重的基礎(chǔ)病變，糾正低血鈉后出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

15、肝臟移植者易患CPM。MRI：基本對稱分布，呈類圓形或不規(guī)則形，橋腦基底部病變均出現(xiàn)特征性的蝴蝶樣改變。DWI：急性期均為高信號，ADC值大多升高，個(gè)別報(bào)道降低；35 d2個(gè)月后隨訪，DWI恢復(fù)正常。肝豆?fàn)詈俗冃訢WI圖DWI圖ADCI圖肝豆?fàn)詈俗冃愿味範(fàn)詈俗冃灾饕奂案闻K、顱腦的常染色體隱性遺傳性銅代謝障礙性疾病。MRI表現(xiàn)：雙側(cè)基底節(jié)等或長T1、長T2信號。DWI：雙側(cè)基底節(jié)等、低、高信號，ADC值大部分升高，可合并ADC值降低區(qū)域。銅離子沉積引起細(xì)胞毒性水腫，導(dǎo)致ADC值降低；銅沉積后局部結(jié)構(gòu)疏松、海綿狀變性和壞死伴隨髓鞘脫失引起水分子擴(kuò)散加快，ADC值升高。韋尼克腦病FLAIR示雙側(cè)丘

16、腦內(nèi)側(cè)、導(dǎo)水管周 圍、第四腦室底部對稱性高信號；DWI顯示雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘腦病灶A(yù)DC值0. 55 103mm2/s.補(bǔ)充維生素Bl治療后上述高信號完全消失。韋尼克腦病韋尼克腦病(WE)是由于硫胺素缺乏導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)急危重癥之一。診斷WE必須同時(shí)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：有確定的長期大量飲酒、嗜酒史或長期營養(yǎng)不良、妊娠、胃腸道手術(shù)病史；至少出現(xiàn)下列神經(jīng)癥候之一：共濟(jì)失調(diào)、意識障礙、眼球運(yùn)動異常；顱腦MRI出現(xiàn)對稱性內(nèi)側(cè)丘腦、中腦被蓋、第三腦室和韋尼克腦病或第四腦室底部、中腦導(dǎo)水管等周圍腦組織異常信號；排除腦梗死、肝性腦病、肺性腦病、低血糖休克及其他原因引起的旁中央丘腦病變。DWI：早期高信號，ADC值升高，部分

17、見降低。DWI早于常規(guī)MRI發(fā)現(xiàn)病變。病因去除，DWI信號回復(fù)正常。多發(fā)性硬化MSDWI圖DWI圖C+C+MS急性期病灶，DWI高信號多發(fā)性硬化DWI圖DWI圖C+C+MS亞急性、慢性期病灶多發(fā)性硬化MS分期：急性期DWI高信號，大多數(shù)ADC值升高，個(gè)別見ADC值降低；慢性病灶等信號。急性期硬化斑ADC值明顯高于慢性期。可靠鑒別MS和急性腦梗死CJD（克-亞二氏綜合征）DWI顯示的大腦皮層和(或)尾狀核、殼核的高信號改變是CJD的特征之一，DWI診斷該病具有相當(dāng)高敏感度、特異度，明顯優(yōu)于常規(guī)MRI.CJD：常規(guī)MRI見腦萎縮，未見明顯異常信號；DWI顯示的大腦皮層和(或)尾狀核、殼核的高信號改

18、變。 CreutzfeldtJakob病(CJD)是由朊蛋白(PrP)引起的罕見、致死性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，臨床上具有診斷意義的特征性三聯(lián)征為進(jìn)行性癡呆、肌陣攣及腦電圖呈周期性的尖慢復(fù)合波。然而，25的CJD患者缺乏上述表現(xiàn)，因此該疾病的生前診斷困難 。常規(guī)MRI見腦萎縮，無特異性。DWI幫助早期診斷。 CJD：DWI異常信號最早出現(xiàn)在發(fā)病后1個(gè)月，并常先于腦電圖及腦脊液檢查發(fā)現(xiàn)異常。在CJD晚期，膠質(zhì)增生較海綿狀改變明顯時(shí)，DWI高信號逐漸消失。鑒別診斷：線粒體腦病、Wilson病、Wemicke腦病、低血糖和缺氧等疾病DWI也可出現(xiàn)類似的大腦皮層或紋狀體的高信號改變，結(jié)合病史、臨床表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)室檢查鑒別。小結(jié)炎性病變DWI表現(xiàn)炎癥、脫髓鞘病變DWI顯示為略高、等或略低信號，大多數(shù)彌散不受限，早期可見受限區(qū)域。 肝豆?fàn)詈俗冃訢WI表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)對稱性略高信號和略低信號并存。CO中毒病變DWI早期表現(xiàn)為半卵圓中心、基底節(jié)、側(cè)腦室旁對稱性高信號，后期DWI高信號，彌散不受限。缺氧缺血性腦病（）：早期DWI高新信號，反應(yīng)細(xì)胞毒性水腫，較