彌散加權(quán)成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用左鵬

DWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,彌散的概念,彌散是自然界中最基本的物理現(xiàn)象，指分子的不規(guī)則隨機運動，即布朗運動。通常用于描述分子等顆粒由高濃度向低濃度區(qū)擴散的微觀運動。DWI上水分子隨機微觀運動的大小用彌散系數(shù)來描述，單位為平方毫米秒。彌散系數(shù)越大，代表分子彌散運動越強。,DWI基本原理,物理基礎(chǔ) 人體中大約有70的水，與DWI有關(guān)的彌散主要指體內(nèi)水分子（包括自由水和結(jié)合水）的隨機位移運動。水分子隨機運動過程中不斷相互碰撞，每次碰撞后水分子發(fā)生偏向并旋轉(zhuǎn)，使其位置與運動方向發(fā)生隨機變化。在存在濃度梯度情況下，分子彌散運動遵循一定規(guī)律（Ficks定律）。即在無外力作用下，分子總是從濃度高的一方向濃度低的一方位移。,受限彌散 細胞膜或大分子蛋白等生物組織中的天然屏障使得水分子的彌散受到限制，稱為受限彌散（ristricted diffusion)。各向同性彌散 在均勻介質(zhì)中，水分子任何方向的彌散系數(shù)都相等，稱為各向同性彌散(isotropic diffusion)，即彌散不受方向的限制；各向異性彌散 同一介質(zhì)在三個彌散梯度方向（相位、層面和讀出方向）上呈現(xiàn)不同的彌散運動，引起不同的信號表現(xiàn)，稱為各向異性彌散（anisotropic diffusion)。,DWI信號形成機制 活體組織中，水分子的彌散運動包括細胞外、細胞內(nèi)和跨細胞運動以及微循環(huán)（灌注），細胞外運動和灌注是組織DWI信號衰減的主要原因。組織內(nèi)水分子的隨機運動越多，在DWI中的信號衰減越明顯。 自由水比固體組織有極高的彌散系數(shù)，導(dǎo)致信號大量丟失，在DWI上呈明顯低信號。當(dāng)水分子彌散正常時，其圖像顯示等信號改變。當(dāng)水分子彌散受限制時，DWI上就會出現(xiàn)異常高信號。,彌散改變的病理基礎(chǔ),組織內(nèi)影響水分子彌散的因素 細胞內(nèi)外的體積變化水分子通過細胞膜的滲透作用細胞外間隙形態(tài)的改變,DWI成像序列 SE-EPI（單次激發(fā)多層面自旋回波回波平面加權(quán)成像）序列，即在自旋回波序列的基礎(chǔ)上在3個互相垂直的方向上于180度脈沖前后分別施加成對的彌散敏感梯度脈沖。優(yōu)點： 1、明顯減少成像時間； 2、降低運動偽影propeller技術(shù)應(yīng)用； 3、增加因分子運動而使信號強度變化的敏感性。,DWI定量分析 彌散系數(shù)直接反映組織的彌散特性，為衡量生物組織中分子彌散程度的絕對值。但受限彌散、彌散時間、血流、運動、RF脈沖等因素均可影響測得的彌散系數(shù)。 表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC)DWI上測得的生物組織整體結(jié)構(gòu)特征的彌散系數(shù)，反映水分子彌散和毛細血管微循環(huán)（灌注）的人工參數(shù)。ADC是水分子移動的自由度。在正常腦組織中，水分子向三維空間各個方向擴散的量不同，存在各向異性擴散，水分子在平行于神經(jīng)纖維的方向較垂直其方向上更易擴散。因此取三個不同方向的DWI上所測的ADC平均值，便可消除各向異性的干擾。,ADCln(S1/S2)/(b2-b1) ln為自然對數(shù)。 S為某一彌散敏感系數(shù)(b）下的信號強度，S1和S2代表兩個不同b值興趣區(qū)的信號強度。 b值彌散加權(quán)程度（彌散敏感系數(shù)）。 b=(A)(-3) 為旋磁比，、A分別為擴散梯度持續(xù)時間、間隔時間及強度，b值單位為秒/平方毫米。臨床應(yīng)用中一般固定、，僅通過改變A的大小而獲得不同的b值。,b值受灌注影響大，小b值主要反映局部組織的微循環(huán)血流灌注，測得的ADC值不穩(wěn)定。b=0產(chǎn)生無彌散權(quán)中的T2像。大b值所測得ADC值受血流灌注影響小，較好反映組織內(nèi)水分子的彌散運動。即b值越大，對水分子運動的檢測越敏感，但圖像的信噪比相應(yīng)的下降。通常b值取1000s/mm3，成二組圖像：b=0和b=1000。,b=0 b=1000,DWI在臨床上最常用于超急性腦梗死的診斷和鑒別診斷目前，DWI開始廣泛引用于MS的活動病灶、部分腫瘤、血腫、肉芽腫及膿腫等病變的診斷另外，其他臟器如：肝臟、腎臟、乳腺、脊髓及骨髓等可以進行DWI，提供一定的信息,急性缺血性腦梗死是一種致死率和致殘率均高的常見疾病，影像學(xué)的早期診斷有利于盡早挽救可逆性缺血性壞死腦組織，對于指導(dǎo)臨床治療具有非常重要的意義。,在腦梗塞的超急性期及急性期，病變區(qū)的病理變化是細胞毒性水腫，缺血區(qū)的總體含水量沒有變化，僅僅是細胞內(nèi)外含水量發(fā)生了變化，常規(guī)MRI檢查（T1WI、T2WI)往往無陽性表現(xiàn)。彌散加權(quán)成像（DWI）對急性期，特別是超急性期腦缺血的檢測表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，為溶栓和神經(jīng)保護提供了直觀、個體化的影像學(xué)信息。,急性腦梗塞彌散成像,急性腦梗塞的彌散表現(xiàn)細胞內(nèi)缺血表現(xiàn)（ 3小時 ） ADC圖顯示異常降低DWI顯示異常高信號T2WI未見異常血腦屏障輕微破壞，間質(zhì)水腫（ 3 - 8小時 ） ADC圖無變化，仍是降低DWI顯示異常信號的范圍增大T2WI有范圍小于DWI的異常信號血腦屏障明顯破壞（8 12 小時） ADC圖顯示的異常降低輕度增高 DWI顯示異常高信號T2WI與DWI顯示同樣的異常高信號血管源性水腫加重，間質(zhì)水腫明顯（12小時以后） ADC圖無變化DWI顯示異常高信號（面積無變化）T2WI與DWI顯示同樣的異常高信號,急性腦梗塞彌散成像,35分鐘,3小時,一小時內(nèi)的急性腦梗死,右側(cè)大腦中動脈的急性栓塞。在T2WI上，可見到散在的點狀高信號影，在DWI上可見到枕葉小點狀高信號，伴有ADC值的中度下降 (0.48 x 10-3 mm2/sec)。 在大腦中動脈的供血區(qū)可見到顯著的灌注缺損區(qū)。,6小時后的急性腦梗死,廣泛的灌注缺損區(qū)，伴有小部分“半暗帶”,7小時,DWI對急性及亞急性腦缺血的敏感度及特異度可達88100和86100%,對CT及T2WI不可鑒別的急慢性缺血，DWI鑒別診斷的敏感度和特異度分別可達95和94。,DWI的信號強度大小由表觀彌散系數(shù)（ADC）進行定量測定。通過ADC值的變化可以反映缺血過程的變化以及不同缺血區(qū)域的演變規(guī)律。研究表明：從缺血區(qū)邊緣帶到梗塞中心，ADC值逐漸降低。早期出現(xiàn)ADC值下降的缺血組織最終演變?yōu)椴豢赡嫘曰謴?fù)的梗死灶。,DWI可以鑒別可逆性及不可逆性缺血組織，有助于挽救頻死的缺血半暗帶組織。已經(jīng)證實一些患者在缺血癥狀后2小時給予靜脈溶栓，DWI異常信號范圍可以明顯縮小，甚至完全消失。,在腦缺血癥狀發(fā)生后24小時之后，DWI也可以提供其他更有價值的信息。因為DWI對急性期細胞腫脹所致的細胞毒性水腫敏感，而對慢性期腫脹細胞破裂水分子再度彌散所致的間質(zhì)性水腫不敏感，故在急性期DWI表現(xiàn)為高信號，在慢性期表現(xiàn)為等信號。,DWI與T2 FLAIR成像方式相結(jié)合，可更好的區(qū)分急性、亞急性及慢性水腫。DWI可顯示急性期細胞毒性水腫，不能顯示血管源性水腫和間質(zhì)性水腫，T2 FLAIR成像方式正好與之相反。,腦梗死的影像分期,根據(jù)發(fā)病后時間的長短可對腦梗死進行分期：1.超急性期：6小時之內(nèi)；2.急性期腦梗死：672小時；3.亞急性期腦梗死：310天；4.早期慢性期腦梗死：11天1個月；5.晚期慢性期腦梗死：1個月以上。,急性期，DWI圖像上病灶為高信號，而T2 FLAIR為等信號；慢性期，DWI圖像上病灶為等信號， T2 FLAIR上病灶為高信號；在亞急性期，因為同時存在細胞毒性水腫和其他類型的水腫，在DWI及T2 FLAIR上均呈高信號，但DWI上的信號強度較急性期有所下降。,腦缺血的演變過程,1W 2W 3W 4W,慢性期,慢性期,亞急性性期,據(jù)報道，MS在DWI上信號多變 (hyper-, iso-, or hypointense) 。強化的病灶在DWI上與白質(zhì)比呈高信號，而慢性病變?yōu)榈刃盘枴S斑塊中ADC值升高，而表現(xiàn)為正常信號的MS患者，其腦白質(zhì)ADC值也下降。因此，我們推測在DWI上，MS斑塊表現(xiàn)的高信號是由于T2 shine-through 效應(yīng)所致.,多發(fā)性硬化（MS）,在T2 FLAIR上還可看到2個小斑塊影 ，活動性斑塊的ADC值升高。該均勻強化的病變在DWI上呈高信號，其ADC值升高。,sensitizing direction = z,sensitizing direction = x,未強化的小斑塊在DWI和ADC圖上未顯示,偶爾，在DWI上呈高信號的斑塊（尤其是均勻強化的病變）ADC值下降， 推測這些ADC值下降的均勻強化斑塊可能是處于極早期的病變，炎性反應(yīng)活躍，而且沒有明顯的脫髓鞘改變。,腦膜瘤的DWI信號強度多變 (hyper-, iso-, or hypointense) 。絕大多數(shù)良性腦膜瘤在DWI和ADC圖上呈等信號，僅僅23的良性腦膜瘤表現(xiàn)為稍高信號。 而惡性腦膜瘤在DWI上信號強度明顯增高，ADC圖信號降低，其ADC值下降。,腦膜瘤,T1WI C -,T2WI,腦膜上皮型腦膜瘤,T1WI C +,FLAIR,常規(guī)MRI顯示腦膜瘤的典型表現(xiàn),何神經(jīng)束受犯？,良性腦膜瘤瘤？,較大量瘤細胞浸潤？,DWI,ADC圖,病理切片,在DWI和ADC圖上腫瘤分別為低和高信號，為低細胞密度，大細胞外間隙和其它病理改變所致。,腦膜上皮型腦膜瘤,SI較低提示細胞密度不高、 細胞外間隙較大，符合腦膜瘤。,SI較高提示細胞密度不高、 細胞外間隙較大，符合腦膜瘤。,DWI和相應(yīng)的ADC圖上呈低信號。,伴有皮層下梗死的鈣化腦膜瘤,DWI與T2 FLAIR結(jié)合，有利于腦梗塞與腦腫瘤、腦白質(zhì)等病變的鑒別診斷，腫瘤瘤體在DWI上顯示為高信號或低信號，高信號一般表示瘤細胞的水腫和新鮮壞死，低者常提示出血或鈣化。腫瘤引起的水腫為血管源性水腫，在T2 FLAIR上為高信號，難以與梗死相鑒別，而DWI上呈等信號或僅見瘤體內(nèi)的混雜信號。,膠質(zhì)瘤在DWI上的信號強度多變 (hyper-, iso-, or hypointense) 有時，膠質(zhì)瘤在DWI上呈高信號，而其ADC值下降（可能是細胞外間隙容積變?。┗蛘邿o下降 (可能是 T2 “shine-through”效應(yīng)所致),膠質(zhì)瘤,DWI,膠 質(zhì) 母 細 胞 瘤,ADC map,DWI和ADC圖分別顯示中央壞死區(qū)為低信號和高信號（液化之腫瘤壞死）；DWI顯示腫瘤實質(zhì)區(qū)呈高信號(T2透過效應(yīng))；瘤周水腫為等和略低信號，提示有較多腫瘤細胞浸潤。,T1WI C+,信號與CSF相仿，提示液性壞死。,膠質(zhì)母細胞瘤的非壞死部分在DWI上呈稍高信號 (T2 shine-through 效應(yīng))。在DWI上,瘤周血管源性水腫與白質(zhì)比呈等信號，這是由于水腫組織內(nèi)的彌散值增高（低信號）被水腫引起的T2值延長（高信號）的效應(yīng)所抵消。瘤周水腫CSF及腫瘤的壞死成分在ADC圖上均呈高信號（彌散值增高）。,多 形 性 膠 質(zhì) 母 細 胞 瘤,多形性膠質(zhì)母細胞瘤壞死囊變區(qū)ADC values ： 1.652.62 x 10-3 mm2/sec,腦膿腫,DWI,膠質(zhì)母細胞瘤腫瘤已液化之壞死腔在DWI上顯示為低信號。,膠質(zhì)母細胞瘤vs化膿性腦膿腫,T1WIC+,T2WI,化膿性腦膿腫DWI上膿腔顯示為高信號。,常規(guī)MRI難于區(qū)別二者，DWI區(qū)別二者：敏感性=93.3，特異性=90.9%，PPV=93.3，NPV=90.9，（有例外）。,轉(zhuǎn)移瘤腫瘤實質(zhì)ADC values ： 0.821.24 x 10-3 mm2/sec 腫瘤壞死囊變區(qū)ADC values ： 2.62 x 10-3 mm2/sec,據(jù)報道轉(zhuǎn)移瘤在DWI上呈等或稍高信號，而其ADC值范圍約為0.821.24 x 10-3 mm2/sec 。 轉(zhuǎn)移瘤的非壞死部分在DWI上信號多變 (通常為 iso-或 hypointense; 偶爾呈 hyperintense)。 轉(zhuǎn)移瘤的壞死部分在DWI上為顯著低信號，ADC值明顯升高。,轉(zhuǎn)移瘤,轉(zhuǎn)移瘤， the ADC value （1）0.76 x 10-3 mm2/sec; （2）0.73 x 10-3 mm2/sec,T1WI C +,T2WI,FLAIR,T1WI C -,肺 癌 腦 轉(zhuǎn) 移,ADC圖,DWI顯示腫瘤和瘤周水腫均為高信號，后者為殘余T2效應(yīng)所致假陽性（其實并無彌散受限）。ADC圖表明腫瘤有輕度彌散受限，而瘤周水腫為彌散增強，后者提示為無大量腫瘤細胞浸潤的血管源性水腫。,T2WI,肺 癌 腦 轉(zhuǎn) 移,DWI,瘤周水腫的ADC值(1.53-1.5410-3 mm2/s)相對較高，約為正常腦實質(zhì)ADC值(0.722-0.950 10-3mm2/s）的二倍，符合轉(zhuǎn)移性腫瘤的診斷。,T1WI C+,T1WI C-,T2WI,FLAIR,淋 巴 瘤,顳葉深部病灶，T2WI顯示為等信號伴瘤周水腫，T1WIC+見病灶明顯增強。應(yīng)考慮淋巴瘤的診斷。DWI和DTI可能有助于獲得更正確診斷。,較大量瘤細胞浸潤？,淋巴瘤？,何神經(jīng)束受犯？,DWI,ADC 圖,淋 巴 瘤,DWI見病灶信號強度高于正常腦組織8.9倍，ADC圖上腫瘤和瘤周水腫分別顯示為低和高信號，腫瘤的ADC值為0.4510-3mm2 /sec，提示為一高細胞密度和小細胞外間隙病變。,病理切片,DWI SI 高于正常腦組織8.9倍，ADC值為0.4510-3mm2 /sec，提示細胞密度高、 細胞外間隙較小和細胞核面積較大，符合淋巴瘤。,表皮樣囊腫在T1WI、T2WI上，與CSF相比呈等或稍高信號。應(yīng)用常規(guī)T1、T2很難判斷腫瘤延伸的范圍，在T1WI上，表皮樣囊腫呈明顯的高信號，很容易與CSF和蛛網(wǎng)膜囊腫區(qū)別開來。據(jù)報道表皮樣囊腫平均 ADC值為 1.197 x 10-3 mm2/sec ， 腫瘤的ADC值與腦灰質(zhì)和白質(zhì)類似。表皮樣囊腫在DWI上呈現(xiàn)的高信號可能是由于T2 shine-through效應(yīng)所致。,表皮樣囊腫,T1WI C+,T2WI,DWI,T1WI C+,T2WI,DWI,膽 脂 瘤 vs. 蛛 網(wǎng) 膜 囊 腫,膽脂瘤，DWI上囊腔顯示為高信號。,蛛網(wǎng)膜囊腫，DWI上囊腔顯示為低信號。各成像程序，包