磁共振弥散加权成像

磁共振弥散加权成像的原理及临床应用 弥散的概念 弥散是自然界中最基本的物理现象 指分子的不规则随机运动 即布朗运动 通常用于描述分子等颗粒由高浓度向低浓度区扩散的微观运动 DWI基本原理 物理基础人体中大约有70 的水 与DWI有关的弥散主要指体内水分子 包括自由水和结合水 的随机位移运动 在存在浓度梯度情况下 分子弥散运动遵循一定规律 Fick s定律 即在无外力作用下 分子总是从浓度高的一方向浓度低的一方位移 受限弥散细胞膜或大分子蛋白等生物组织中的天然屏障使得水分子的弥散受到限制 称为受限弥散 ristricteddiffusion DWI信号形成机制活体组织中 水分子的弥散运动包括细胞外 细胞内和跨细胞运动以及微循环 灌注 细胞外运动和灌注是组织DWI信号衰减的主要原因 组织内水分子的随机运动越多 在DWI中的信号衰减越明显 自由水比固体组织有极高的弥散系数 导致信号大量丢失 在DWI上呈明显低信号 DWI定量分析DWI上水分子随机微观运动的大小用弥散系数来描述 单位为平方毫米 秒 弥散系数越大 代表分子弥散运动越强 弥散系数直接反映组织的弥散特性 为衡量生物组织中分子弥散程度的绝对值 但受限弥散 弥散时间 血流 运动 RF脉冲等因素均可影响测得的弥散系数 表观弥散系数 apparentdiffusioncoefficient ADC DWI上测得的生物组织整体结构特征的弥散系数 反映水分子弥散和毛细血管微循环 灌注 的人工参数 ADC是水分子移动的自由度 ADC ln S1 S2 b2 b1 ln为自然对数 S为某一弥散敏感系数 b 下的信号强度 S1和S2代表两个不同b值兴趣区的信号强度 b值 弥散加权程度 弥散敏感系数 b值受灌注影响大 小b值主要反映局部组织的微循环血流灌注 测得的ADC值不稳定 b 0产生无弥散权中的T2像 大b值所测得ADC值受血流灌注影响小 较好反映组织内水分子的弥散运动 即b值越大 对水分子运动的检测越敏感 但图像的信噪比相应的下降 通常b值取1000s mm3 成二组图像 b 0和b 1000 DWI图 弥散受限组织和长T2组织均表现为高信号 不是纯粹的弥散图 包含T2WI成分 脑脊液是黑的 ADC图 弥散程度高的组织信号高 亮 弥散受限组织表现为低信号 脑脊液是白的 DWI成像原理 磁共振弥散成像即在已有脉冲序列的基础上加上一对梯度脉冲 此梯度脉冲即水分子弥散的标记物 最常用的脉冲序列是SE序列质子在沿梯度场进行弥散运动时 其自旋频率会发生改变 结果是回波时间内相位不能重聚 导致信号下降 b 0b 1000 DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺氧性脑病感染脱髓鞘病变肿瘤乳腺 DWI在脑梗塞的应用DWI对超急性和急性脑梗塞的检出敏感性为88 100 特异性为86 100 能够鉴别新鲜与陈旧性梗塞灶 并能评估预后 存在假阴性 病灶较小 空间分辨率有限 和假阳性 磁敏感效应所致 脑梗死不同时期的DWI表现 超急性 急性期细胞毒性水肿期或血管源性水肿早期细胞肿胀 细胞外间隙明显缩小 水分子弥散严重障碍 DWI呈高信号 ADC值减低亚急性期血管源性水肿期组织含水总量较前增加 水分子弥散程度较前增加 DWI呈稍高信号 ADC值 假正常化 慢性期细胞液化坏死更多 组织含水量更多 ADC值升高 DWI呈低信号 T2WI呈高信号 脑梗死不同时期的DWI表现 超急性期脑梗死 3h 治疗3d后 急性期脑梗死 24h 亚急性期脑梗死 10d 慢性期脑梗死 3m 脑缺血的演变过程 早期梗死 ADC起决定作用 DWI为高信号亚急性期 血管源性水肿明显 ADC有所升高 但T2对比度对DWI有很大作用后期 T2对DWI的贡献无变化 但ADC明显升高 使DWI的信号下降 ADC曲线的变化规律 发病5小时以内 水分子的ADC值开始下降几小时内达到最低水平维持一较低水平逐渐上升达峰值病灶中心区的ADC值随时间的延长由低至高 于5 10天出现假性正常化表现 DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺氧性脑病感染脱髓鞘病变肿瘤 对新生儿急性缺血缺氧性脑病显示敏感 且能准确预测病灶范围 细胞毒性水肿 缺血缺氧性脑病 2d DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺氧性脑病感染脱髓鞘病变肿瘤 化脓性感染 脓腔于DWI呈均匀高信号 ADC降低 弥散受限 与脓液的高粘滞度和脓肿的多细胞性有关 DWI对细菌性脑膜炎并发的硬膜下 外 积脓和炎性渗出物有鉴别诊断意义 从而有利于指导临床治疗 DWI鉴别脑脓肿和肿瘤囊变 坏死 后者囊性部分于DWI呈低信号 ADC值升高 脑脓肿 多形胶质母细胞瘤 DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺氧性脑病感染脱髓鞘病变肿瘤 多发性硬化 MS 分期 急性期DWI呈高信号 慢性病灶呈等信号 急性期硬化斑ADC值明显低于慢性硬化斑 可靠鉴别脱髓鞘和梗死灶 多发性硬化 急性细胞毒性斑块 DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺氧性脑病感染脱髓鞘病变肿瘤 鉴别蛛网膜囊肿与表皮样囊肿 蛛网膜囊肿 DWI低信号 ADC明显高信号 表皮样囊肿 DWI高信号 ADC类似脑实质低于CSF信号 表皮样囊肿 蛛网膜囊肿 表皮样囊肿 弥散成像在乳腺中的应用 弥散成像在乳腺中的应用 恶性肿瘤的肿瘤细胞生长活跃 繁殖旺盛 细胞密度较高 细胞外间隙小 同时生物膜的限制和大分子物质对水分子的吸附作用也增强 恶性肿瘤水分子弥散受限 ADC均明显降低良性病变的ADC无明显降低 DWI临床应用 中枢神经系统脑梗塞缺血缺