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

1、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(jī)運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。通常用于描述分子等顆粒由高濃度向低濃度區(qū)擴(kuò)散的微觀運(yùn)動(dòng)。DWI上水分子隨機(jī)微觀運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。,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(jī)位移運(yùn)動(dòng)。水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)過程

2、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(yùn)動(dòng)方向發(fā)生隨機(jī)變化。在存在濃度梯度情況下，分子彌散運(yùn)動(dòng)遵循一定規(guī)律（Fick’s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(xì)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

3、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(gè)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(yùn)動(dòng)，引起不同的信號(hào)表現(xiàn)，稱為各向異性彌散（anisotropic diffusion)。,DWI信號(hào)形成機(jī)制 活體組織中，水分子的彌散運(yùn)動(dòng)包括細(xì)胞外、細(xì)胞內(nèi)和跨細(xì)胞運(yùn)動(dòng)以及微循環(huán)（灌注），細(xì)胞外運(yùn)動(dòng)和灌注是組織DWI信號(hào)

4、衰減的主要原因。組織內(nèi)水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)越多，在DWI中的信號(hào)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(hào)大量丟失，在DWI上呈明顯低信號(hào)。當(dāng)水分子彌散正常時(shí)，其圖像顯示等信號(hào)改變。當(dāng)水分子彌散受限制時(shí)，DWI上就會(huì)出現(xiàn)異常高信號(hào)。,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(xì)胞內(nèi)外的體積變化水分子通過細(xì)胞膜的滲透作用細(xì)胞外間隙形態(tài)的改變,ADC＝[ln(S1/S2)]/(b2-b1)

5、 ln為自然對(duì)數(shù)。 S為某一彌散敏感系數(shù)(b）下的信號(hào)強(qiáng)度，S1和S2代表兩個(gè)不同b值興趣區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。 b值——彌散加權(quán)程度（彌散敏感系數(shù)）。 b=(γδA)(△-δ／3) γ為旋磁比，δ、△、A分別為擴(kuò)散梯度持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間及強(qiáng)度，b值單位為秒/平方毫米。臨床應(yīng)用中一般固定δ、△、γ，僅通過改變A的大小而獲得不同的b值。,b值受灌注影響

6、大，小b值主要反映局部組織的微循環(huán)血流灌注，測(cè)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(cè)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(yùn)動(dòng)。即b值越大，對(duì)水分子運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)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

7、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(dòng)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(jìn)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(duì)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(xì)胞毒性水腫，缺血區(qū)的總體含水量沒有變化，僅僅是細(xì)胞內(nèi)外含水

8、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(duì)急性期，特別是超急性期腦缺血的檢測(cè)表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，為溶栓和神經(jīng)保護(hù)提供了直觀、個(gè)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(xì)胞內(nèi)缺血表現(xiàn)（< 3小時(shí) ） ADC圖顯示異常降低DWI顯示異常高信號(hào)T2WI未見異常血腦屏障輕微破壞，間質(zhì)水腫（ 3 - 8小時(shí) ） ADC圖無變化，仍是降低

9、DWI顯示異常信號(hào)的范圍增大T2WI有范圍小于DWI的異常信號(hào)血腦屏障明顯破壞（8 –12 小時(shí)） ADC圖顯示的異常降低輕度增高 DWI顯示異常高信號(hào)T2WI與DWI顯示同樣的異常高信號(hào)血管源性水腫加重，間質(zhì)水腫明顯（12小時(shí)以后） ADC圖無變化DWI顯示異常高信號(hào)（面積無變化）T2WI與DWI顯示同樣的異常高信號(hào),急性腦梗塞彌散成像,35分鐘,3小時(shí),一小時(shí)內(nèi)的急

10、性腦梗死,右側(cè)大腦中動(dòng)脈的急性栓塞。在T2WI上，可見到散在的點(diǎn)狀高信號(hào)影，在DWI上可見到枕葉小點(diǎn)狀高信號(hào)，伴有ADC值的中度下降 (0.48 x 10-3 mm2/sec)。 在大腦中動(dòng)脈的供血區(qū)可見到顯著的灌注缺損區(qū)。,6小時(shí)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(shí),DWI對(duì)急性及亞急性腦缺血的敏感度及特異度可達(dá)88～100％和86~100%,對(duì)CT及T2WI不可鑒別的急慢性缺血，DWI鑒別診斷的敏感度和特

11、異度分別可達(dá)95％和94％。,DWI的信號(hào)強(qiáng)度大小由表觀彌散系數(shù)（ADC）進(jìn)行定量測(cè)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(shí)一些患者在缺血癥狀后2小時(shí)給予靜脈溶栓，DWI異常信號(hào)范圍可以明顯縮小，甚至完全消失

12、。,在腦缺血癥狀發(fā)生后24小時(shí)之后，DWI也可以提供其他更有價(jià)值的信息。因?yàn)镈WI對(duì)急性期細(xì)胞腫脹所致的細(xì)胞毒性水腫敏感，而對(duì)慢性期腫脹細(xì)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(hào)，在慢性期表現(xiàn)為等信號(hào)。,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(xì)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)

13、發(fā)病后時(shí)間的長(zhǎng)短可對(duì)腦梗死進(jìn)行分期：1.超急性期：6小時(shí)之內(nèi)；2.急性期腦梗死：6～72小時(shí)；3.亞急性期腦梗死：3～10天；4.早期慢性期腦梗死：11天～1個(gè)月；5.晚期慢性期腦梗死：1個(gè)月以上。,急性期，DWI圖像上病灶為高信號(hào)，而T2 FLAIR為等信號(hào)；慢性期，DWI圖像上病灶為等信號(hào)， T2 FLAIR上病灶為高信號(hào)；在亞急性期，因?yàn)橥瑫r(shí)存在細(xì)胞毒性水腫和其他類型的水腫，在DWI及T2 FLAIR上均呈高信號(hào)，但DWI上的

14、信號(hào)強(qiáng)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(bào)道，MS在DWI上信號(hào)多變 (hyper-, iso-, or hypointense) 。強(qiáng)化的病灶在DWI上與白質(zhì)比呈高信號(hào)，而慢性病變?yōu)榈刃盘?hào)。MS斑塊中ADC值升高，而表現(xiàn)為正常信號(hào)的MS患者，其腦白質(zhì)AD

15、C值也下降。因此，我們推測(cè)在DWI上，MS斑塊表現(xiàn)的高信號(hào)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(gè)小斑塊影 ，活動(dòng)性斑塊的ADC值升高。該均勻強(qiáng)化的病變?cè)贒WI上呈高信號(hào)，其ADC值升高。,,sensitizing direction = z,,sensitizing direction = x,未強(qiáng)化的小斑塊在DWI和ADC圖上未顯示,偶爾，在DWI上呈高信號(hào)的斑塊（尤

16、其是均勻強(qiáng)化的病變）ADC值下降， 推測(cè)這些ADC值下降的均勻強(qiáng)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(hào)強(qiáng)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(hào)，僅僅23％的良性腦膜瘤表現(xiàn)為稍高信號(hào)。 而惡性腦膜瘤在DWI上信號(hào)強(qiáng)度明顯增高，ADC圖信號(hào)降低，其ADC值下降。,腦膜瘤,T1WI C -,T2WI,腦膜上皮型

17、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(xì)胞浸潤(rùn)？,,,,,DWI,ADC圖,病理切片,在DWI和ADC圖上腫瘤分別為低和高信號(hào)，為低細(xì)胞密度，大細(xì)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(xì)胞密度不高、 細(xì)胞外間隙較大，符合腦膜瘤。,SI較高提示細(xì)胞密度不高、 細(xì)胞外間隙較大，符合腦膜瘤。,,,,DWI和相應(yīng)的ADC圖上呈低信號(hào)。,伴有皮層下梗死的

18、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(hào)或低信號(hào)，高信號(hào)一般表示瘤細(xì)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(hào)，難以與梗死相鑒別，而DWI上呈等信號(hào)或僅見瘤體內(nèi)的混雜信號(hào)。,,膠質(zhì)瘤在DWI上的信號(hào)強(qiáng)度多變 (hyper-, iso-, or hypointense) 有時(shí)，膠質(zhì)瘤在DWI上呈高信號(hào)，

19、而其ADC值下降（可能是細(xì)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(xì) 胞 瘤,ADC map,DWI和ADC圖分別顯示中央壞死區(qū)為低信號(hào)和高信號(hào)（液化之腫瘤壞死）；DWI顯示腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)呈高信號(hào)(T2透過效應(yīng))；瘤周水腫為等和略低信號(hào)，提示有較多腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)。,,,T1WI C+,信號(hào)與CSF相仿，提示液性壞死。,,膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的非壞死部分在DWI上呈稍高信號(hào) (

20、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(hào)，這是由于水腫組織內(nèi)的彌散值增高（低信號(hào)）被水腫引起的T2值延長(zhǎng)（高信號(hào)）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(hào)（彌散值增高）。,多 形 性 膠 質(zhì) 母 細(xì) 胞 瘤,多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤壞死囊變區(qū)ADC values ： 1.65–2.62 x 10-3 mm2/sec,腦膿腫,DWI,膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤已液化之壞死腔在DW

21、I上顯示為低信號(hào)。,膠質(zhì)母細(xì)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(hào)。,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(shí)質(zhì)ADC values ： 0.82–1.24 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(bào)道轉(zhuǎn)移瘤在D

22、WI上呈等或稍高信號(hào)，而其ADC值范圍約為0.82–1.24 x 10-3 mm2/sec 。 轉(zhuǎn)移瘤的非壞死部分在DWI上信號(hào)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(hào)，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;

23、 （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(hào)，后者為殘余T2效應(yīng)所致假陽性（其實(shí)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(qiáng)，后者提示為無大量腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)的血管源性水腫。,T2WI,肺 癌 腦 轉(zhuǎn) 移,,DWI,瘤周水腫的ADC值(1.53-1.54Ｘ10-3 mm

24、2/s)相對(duì)較高，約為正常腦實(shí)質(zhì)ADC值(0.722-0.950 Ｘ 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(hào)伴瘤周水腫，T1WIC+見病灶明顯增強(qiáng)。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(xì)胞浸潤(rùn)？,淋巴瘤？,何神經(jīng)束受犯？,,,,,DWI,ADC 圖,淋 巴

25、瘤,DWI見病灶信號(hào)強(qiáng)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(hào)，腫瘤的ADC值為0.45×10-3mm2 /sec，提示為一高細(xì)胞密度和小細(xì)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0.45×10-3mm2 /sec，提示細(xì)胞密度高、 細(xì)胞外間隙較小和細(xì)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(hào)。應(yīng)用常

26、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(hào)，很容易與CSF和蛛網(wǎng)膜囊腫區(qū)別開來。據(jù)報(bào)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(hào)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

27、脂瘤，DWI上囊腔顯示為高信號(hào)。,蛛網(wǎng)膜囊腫，DWI上囊腔顯示為低信號(hào)。各成像程序，包括DWI，囊腫的SI均與CSF者相同。,常規(guī)MRI難于區(qū)別二者，膽脂瘤的ADC值常較低， DWI上囊腔顯示為高信號(hào)，蛛網(wǎng)膜囊腫的ADC值常較高（與CSF相仿） DWI上囊腔顯示為低信號(hào)。,,,據(jù)報(bào)道，肉芽腫在DWI上呈高信號(hào)，其ADC值(0.39 x 10-3 mm2/sec)降低,,肉芽腫,,部分肉芽腫在DWI上呈高信號(hào)，而其ADC值與腦白質(zhì)類似,與

28、轉(zhuǎn)移瘤相鑒別 無論是常規(guī)MRI還是DWI，都難以把腦內(nèi)結(jié)節(jié)狀轉(zhuǎn)移瘤與大腦的肉芽腫相鑒別開來。結(jié)節(jié)狀轉(zhuǎn)移瘤在DWI上常表現(xiàn)為高信號(hào)，其ADC值下降，可能與富含細(xì)胞和/或出血有關(guān)。,,該轉(zhuǎn)移瘤經(jīng)組織病理學(xué)檢測(cè)證實(shí)：來源于小細(xì)胞肺癌的富含細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病變,超急性腦出血（細(xì)胞內(nèi)氧飽和血紅蛋白）和亞急性腦出血晚期（細(xì)胞外正鐵血紅蛋白）在DWI上均呈高信號(hào)， 據(jù)報(bào)道在超急性期其ADC值下降或正常，而亞急性期晚期則升高。,腦出血,亞急性腦出血晚

29、期（27天后）,與超急性腦梗死的鑒別診斷 僅憑DWI和ADC圖難以將這兩種病變鑒別開來，應(yīng)該聯(lián)合應(yīng)用DWI、ADC圖和T2-weighted SE 或者 T2*-weighted gradient-echo和/或 T2-weighted EPI. 鑒別要點(diǎn): 超急性缺血性腦梗死在 T2WI 和 T2*-weighted gradient-echo 表現(xiàn)正常。 超急性腦出血在T2WI和 T2*-weighted g