MRI技术-弥散加权成像(DWI和ADC图)

【MRI技术】弥散加权成像（DWI和ADC图）制作：水样年华什么是功能磁共振成像？以常规T1WI和T2WI为主的各种磁共振成像技术，主要显示人体器官或组织的形态结构及其信号强度变化，统称常规MRI检查或常规MR成像序列。随着MRI系统硬件和软件的发展，相继出现了多种超快速成像序列（如EPI技术），单次采集数据的时间已缩短至毫秒。以超快速成像序列为主的MRI检查，能够评价器官的功能状态，揭示生物体内的生理学信息，统称为功能磁共振成像，或功能性成像技术（functionalimagingtechniques）。这些技术包括弥散加权成像（DWI）、灌注加权成像（PWI），脑功能成像（fMRI），心脏运动和灌注实时成像（real-timeimaging），磁共振波谱成像（MRS），全身成像，磁共振显微成像等。b因子在弥散加权成像中有何作用？弥散（diffusion）是描述水和其他小分子随机热运动（布朗运动）的术语。宏观看，水分子的净移动可通过表观弥散系数（ADC）描述，并通过应用两个梯度脉冲测量，其成像机制与相位对比MRA类似。DWI的信号强度变化取决于组织的ADC状态和运动敏感梯度（MPG）的强度。MPG由b因子（即弥散梯度因子，又称b值）控制。b因子实际上决定ADC参与构成图像对比度的份额，即弥散权重的程度。在DWI扫描序列中，如果采用长TR和长TE，且b=0，将形成普通的T2WI对比（SE-EPI）或T2*WI对比（GRE-EPI）图像。随着b因子增大（通常为500~1000s/mm2），图像的对比度也由T2权重逐步向弥散权重转变。当MR图像中病变组织的高信号并非由于T2时间延长，而是反映ADC降低时，就形成所谓的DWI。是否开启MPG是DWI与常规MRI的不同点。如何分析DWI和ADC图？弥散加权序列扫描产生2种图像，即弥散图（DWI）和ADC图。在弥散图中，病变或受损组织的信号强度往往高于正常组织，而弥散自由度最大区域的信号强度最低，这使病变组织在DWI的信号表现类似于常规“T2WI”。在工作站通过对DWI数据后处理操作，可以形成灰阶ADC图。根据ADC值大小对应信号强度高低，形成灰阶ADC图。受损组织弥散受限，ADC降低，表现为较暗区域；自由弥散区域的ADC较高，信号强度相对明亮。在伪彩ADC图，ADC值降低时呈绿色，正常时呈橘黄或红色，乏水分子弥散的区域呈灰色。ADC图能够区别DWI显示的高信号是因弥散受限引起，还是因组织具有非常长的T2衰减时间所致（T2透射效应）。弥散加权成像检查有何临床意义？DWI最有价值的临床应用是检出和评价急性脑梗死与恶性肿瘤。在脑梗死的早期阶段，脑细胞出现肿胀并从细胞外间隙吸收水分，细胞内、外的水分子弥散受限，局部组织的ADC值降低，DWI表现为高信号，而此时常规MRI可表现为正常。DWI检查的时间很重要，它主要显示脑梗死后数天内的急性病变。弥散加权成像检查有何临床意义？人体组织的ADC值一般为0.2~2.9×10-3mm2/s。由于不同病理状态下ADC值改变不同，故DWI不仅可以在脑部区别水分子弥散受限的急性脑梗死与非弥散受限的水肿病变（如血管源性水肿：静脉窦血栓、可逆性后部白质脑病等），也常用以在体部区分良性与恶性肿瘤。例如：在乳腺鉴别诊断乳腺癌、纤维腺瘤和腺体增生等异常；在肝脏鉴别诊断肝细胞癌、转移瘤和血管瘤等病变；在胰腺区别分泌黏蛋白的肿瘤与其他肿瘤；在盆腔显示前列腺癌、子宫内膜癌和宫颈癌；发现局部或远处的转移淋巴结；区分骨折的性质为病理性或外伤性；评价骨挫伤；对恶性肿瘤进行放疗或化疗后，当DWI显示肿瘤的信号强度降低或是ADC值升高时，提示肿瘤组织对治疗产生反应，说明治疗有效。弥散加权成像检查有何临床意义？在DWI序列信号采集时，如果在某一特定方向单独施加运动敏感梯度，就可形成弥散张量成像（DTI）。目前，DWI多用于在活体显示脑脊髓神经组织中不同走向的白质纤维束，研究一些与白质病变相关的病理过程。DWI检查对MRI系统的软硬件配置有一定要求，例如，中高场强MRI系统，较高的梯度切换率，EPI性能佳。DWI易受磁敏感性伪影（尤其在鼻窦周围组织、颅底以及邻近含气肠管的前列腺和子宫）、体液流动、病人运动等因素干扰。弥散加权成像（DWI和ADC图）磁共振弥散加权成像（diffusionweightedimagingDWI）是目前唯一能对机体内水分子弥散进行定量分析的无创性MRI检查方法。自1986年应用于活体后，经过十几年的发展，在疾病的诊断中发挥着越来越重要的作用。1、扩散也称弥散，提分子热能激发而产生的一种无规则的、随机的、相互碰撞的运动过程，也称分子热运动或布朗运动。人体组织内的水分子总是处于热运动状态，这种运动方式也是弥散加权成像的基础。影响水分子弥散的因素膜结构的阻档大分子蛋白物质的吸附微血管内流动血液的影响膜结构的阻挡急性脑梗塞膜结构的阻挡恶性肿瘤大分子蛋白物质的吸附作用脑脓肿、表皮样囊肿微血管内流动血液的影响炎性病变时，炎性细胞对水分子的限制被血管内流动水分子的高弥散所抵消2、DWI无创探测活体组织中水分子扩散的唯一方法信号来源于组织中的自由水结合水尽管运动受限，但仍不能产生信号不同组织对自由水扩散限制程度不同产生DWI对比检测组织中自由水限制性扩散的程度常规DWI，主要对细胞外自由水运动敏感T2WI基础上，施加扩散梯度，组织信号衰减自由水扩散越自由=信号丢失多，DWI信号越低自由水扩散越受限=信号丢失少，DWI信号越高3、ADC值与DWI信号的关系ADC值与DWI信号的关系ADC值和DWI信号呈负指数关系ADC值下降，DWI像呈高信号特殊的：DWI像高信号不一定ADC值下降，因为存在T2透射效应脑梗死超急性期、急性期及亚急性期脑梗塞：因细胞毒性水肿，使细胞间隙变窄，水分子运动受限，ADC值下降，在DWI上呈高信号。DWI发现超急性期与急性期的脑梗死的敏感性为88%～100%，特异性为86%～100%。脑梗死分期MRI表现超急性期急性期恶急性期慢性期T1WI正常低信号低信号低信号T2WI正常高信号高信号高信号FLAIR正常高信号高信号低信号DWI高信号高信号信号逐渐降低低信号ADC低ADC值低ADC值ADC值逐渐增高高信号超急性期脑梗死（3h）治疗3天后急性期脑梗死（24h）亚急性期脑梗死（10d）慢性期脑梗死（3m）蛛网膜囊肿表皮样囊肿2、表皮样囊肿（胆脂瘤）常规MRI：T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，信号明显高于脑组织和脑脊液。DWI：表皮样囊肿囊腔内为含有上皮碎屑、角蛋白、胆固醇结晶及其他脂质成分的豆渣样油腻液体，粘稠度极高，其内水分子弥散受限，故病变在DWI呈高信号，其平均ADC值往往与正常脑白质的ADC值接近。3、脑脓肿、胶质瘤①～⑤为脑脓肿，⑥～⑩为胶质瘤表1脑脓肿、脑肿瘤ROI区ADC值（x±s）病变类型ADC（×10-3mm2/s）脓腔或囊变坏死对侧脑实质脑脓肿0.33±0.111.12±0.24脑肿瘤2.46±0.491.23±0.33脑脓肿脓腔内主要含大量的粘液，其内含有细菌、炎性细胞、粘蛋白、细胞碎屑等，较高的粘稠度和大量的炎性细胞限制了水分子的运动，因此DWI呈高信号，其ADC值较低。肿瘤的坏死囊变区以浆液性的坏死物为主，其粘稠度相对较低，从而在DWI呈低信号，ADC值较高。少部分转移瘤DWI呈高信号，ADC图为高或低信号，常见于鳞癌及乳腺癌转移。4、脑肿瘤颅内肿瘤的ADC值大小取决于肿瘤的细胞密度。淋巴瘤由于肿瘤密度较高，核浆比较大，细胞外含水量少，DWI高信号，ADC低信号，弥散加权可以提供一些比较有用的诊断信息。右枕叶淋巴瘤弥漫性大B细胞型淋巴瘤胶质母细胞瘤T1WI+CDWIADC脑转移瘤脑转移瘤的ADC值一般较高，DWI等至低信号原因肿瘤坏死，多为液性成分，扩散不受限细胞外正铁血红蛋白的存在血流灌注增加脑转移瘤脑转移瘤转移瘤肿瘤实质ADCvalues：0.82-1.24×10-3mm2/sec肿瘤坏死囊变区ADCvalues：2.62×10-3mm2/sec脑膜瘤目前，WHO根据肿瘤增殖活跃程度、侵袭性等生物学行为，将脑膜瘤分为三型：典型或良性脑膜瘤，占88～94%；不典型脑膜瘤，占5～7%；间变型即恶性脑膜瘤，仅占1～2%。大部分脑膜瘤表现为DWI等信号ADC值不能鉴别脑膜瘤良恶性钙化影响ADC值的测量良性脑膜瘤非典型脑膜瘤5、脱髓鞘性病变的诊断价值多发性硬化早期（活动期）晚期（静止期）信号DWI高，ADC低DWI等低，ADC高机理急性缺氧引起脱髓鞘、炎性细胞、巨噬细胞浸润，水分子扩散受限随着病程的进展，髓鞘崩解，细胞外水分增加多发性硬化ADC值与正常脑实质接近多发性硬化：急性细胞毒性斑块6、弥漫性轴索损伤的评价DWI和ADC均表现为高信号，提示病变为血管源性水肿，细胞外水分增多，此种病灶可以恢复。DWI呈高信号，ADC呈低信号，提示病变为细胞毒性水肿（外伤后神经元缺氧、缺血），此种病灶恢复难。DWI、ADC表现各异，病变为各种不同时期的出血，由于血红蛋白存在，DWI表现复杂。脑出血超急性脑出血（细胞内氧饱和血红蛋白）和亚急性脑出血晚期（细胞外正铁血红蛋白）在DWI上均呈高信号，据报道在超急性期其ADC值下降或正常，而亚急性期晚期则升高。脑实质内出血超急性期急性期亚急性早期亚急性晚期慢性期T1WI稍低或等等、低高高极低T2WI稍高极低极低高高DWI高极低低高高ADC低低不定不定高超急性期出血急性和亚急性早期出血亚急性晚期出血慢性期出血缺血缺氧性脑病早产儿/新生儿窒息小肝癌：细胞密度增大，DWI高信号DWIT2WIT1WI动脉期门脉期平衡期海绵状血管瘤血管瘤内常有纤维间隔、瘢痕及出血，且血窦中所含的血液粘度高于囊肿的囊液，故ADC值低于囊肿血管瘤内血窦丰富，灌注高于肝实质，故ADC值高于肝实质肝血管瘤肝转移瘤，DWI上病灶显示较T2fs及T1WI更加清楚AxialT2fsAxialT1+CAxialDWI肝脓肿胰头癌，肿块呈明显高信号AxialT2fsAxialT1+CAxialDWI宫颈癌术后复发患者，DWI上病灶较T2fs及T1+C更加明显AxialT2fsAxialT1+CAxialDWI前列腺癌，DWI上高信号部分与T2fs及T1+C异常信号范围一致AxialT2fsAxialT1+CAxialDWI前列腺癌骨转移全身弥散成像（WB-DWI）二、全身弥散加权成像的正常表现：（一）呈现高信号的组织：1、颅脑由于血供丰富成高信号。2、受T2穿透效果影响，胆、脾、肾、膀胱、生殖腺及部分胃肠道会在DWI图像上有高信号。3、椎间盘由于髓核含水丰富，且其弥散受纤维环限制，成高信号。4、正常人群的淋巴系统，受其自身细胞学特性，也会产生高弥散信号。全身弥散成像（WB-DWI）（二）呈现低信号的组织：1、双肺及纵隔成低信号。2、肝呈低信号。3、骨髓中由于含大量脂肪呈低信号。4、正常女性椎体信号要明显高于同年龄组男性，其原因待查。三、全身弥散成像在肿瘤患者中的应用价值1、在肿瘤筛查中的价值：（1）WB-DWI检查能同时获得多个系统的影像，检查时间短，无辐射，且敏感