弥散加权成像在中枢神经系统中的应用左鹏[可修改版ppt]课件.ppt

1、弥散加权成像在中枢神经系统中的应用左鹏弥散的概念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。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。水分子随机运动过程中不断相互碰撞，每次碰撞后水分子发生偏向并旋转，使其位置与运动方向发生随机变化。在存在浓度梯度情况下，分子弥散运动遵循一定规律（Ficks定律）。即在无外力作用下，分子总是从浓度

2、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（ristricted diffusion)。各向同性弥散 在均匀介质中，水分子任何方向的弥散系数都相等，称为各向同性弥散(isotropic diffusion)，即弥散不受方向的限制；各向异性弥散 同一介质在三个弥散梯度方向（相位、层面和读出方向）上呈现不同的弥散运动，引起不同的信号表现，称为各向异性弥散（anisotropic diffusion)。 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DW

3、I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。当水分子弥散正常时，其图像显示等信号改变。当水分子弥散受限制时，DWI上就会出现异常高信号。弥散改变的病理基础正常组织正常组织随机运动的水分子随机运动的水分子-低信号低信号细胞毒性水肿的组织细胞毒性水肿的组织运动受限的水分子运动受限的水分子-高信号高信号A B组织内影响水分子弥散的因素组织内影响水分子弥散的因素 细胞内外的体积变化细胞内外的体积变化水分子通过细胞膜的渗透作用水分子通过细胞膜的渗透作用细胞外间隙形态的改变细胞外间隙形态的改变D

4、WI成像序列成像序列 SE-EPI（单次激发多层面自旋回波回波平面加权成像）序列，即在自旋回波序列的基础上在3个互相垂直的方向上于180度脉冲前后分别施加成对的弥散敏感梯度脉冲。优点： 1、明显减少成像时间； 2、降低运动伪影propeller技术应用； 3、增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。DWI定量分析 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（表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC)DWI上测得的生物组织整体结构特征的弥散系

5、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。在正常脑组织中，水分子向三维空间各个方向扩散的量不同，存在各向异性扩散，水分子在平行于神经纤维的方向较垂直其方向上更易扩散。因此取三个不同方向的DWI上所测的ADC平均值，便可消除各向异性的干扰。 ADCln(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=(A)(-3) 为旋磁比，、A分别为扩散梯度持续时间、间隔时间及强度，b值单位为秒/平方毫米。临床应用中一般固定、，仅通过改变A的大小

6、而获得不同的b值。 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。 b=0 b=1000DWI在临床上最常用于超急性脑梗死的诊断和鉴别诊断目前，DWI开始广泛引用于MS的活动病灶、部分肿瘤、血肿、肉芽肿及脓肿等病变的诊断另外，其他脏器如：肝脏、肾脏、乳腺、脊髓及骨髓等可以进行DWI，提供一定的信息急性缺血性脑梗死是一种致死率和致残率均高

7、的常见疾病，影像学的早期诊断有利于尽早挽救可逆性缺血性坏死脑组织，对于指导临床治疗具有非常重要的意义。在脑梗塞的超急性期及急性期，病变区的病理变化是细胞毒性水肿，缺血区的总体含水量没有变化，仅仅是细胞内外含水量发生了变化，常规MRI检查（T1WI、T2WI)往往无阳性表现。弥散加权成像（DWI）对急性期，特别是超急性期脑缺血的检测表现出极大的优势，为溶栓和神经保护提供了直观、个体化的影像学信息。急性脑梗塞弥散成像急性脑梗塞的弥散表现急性脑梗塞的弥散表现细胞内缺血表现（细胞内缺血表现（ 3 3小时小时 ） ADCADC图显示异常降低图显示异常降低DWIDWI显示异常高信号显示异常高信号T2WIT

8、2WI未见异常未见异常血脑屏障轻微破坏，间质水肿（血脑屏障轻微破坏，间质水肿（ 3 - 83 - 8小时小时 ） ADCADC图无变化，仍是降低图无变化，仍是降低DWIDWI显示异常信号的范围增大显示异常信号的范围增大T2WIT2WI有范围小于有范围小于DWIDWI的异常信号的异常信号血脑屏障明显破坏（血脑屏障明显破坏（8 8 12 12 小时）小时） ADCADC图显示的异常降低轻度增高图显示的异常降低轻度增高 DWIDWI显示异常高信号显示异常高信号T2WIT2WI与与DWIDWI显示同样的异常高信号显示同样的异常高信号血管源性水肿加重，间质水肿明显（血管源性水肿加重，间质水肿明显（121

9、2小时以后）小时以后） ADCADC图无变化图无变化DWIDWI显示异常高信号（面积无变化）显示异常高信号（面积无变化）T2WIT2WI与与DWIDWI显示同样的异常高信号显示同样的异常高信号 急性脑梗塞弥散成像3535分钟分钟3 3小时小时一小时内的急性脑梗死右侧大脑中动脉的急性栓塞。在T2WI上，可见到散在的点状高信号影，在DWI上可见到枕叶小点状高信号，伴有ADC值的中度下降 (0.48 x 10-3 mm2/sec)。 在大脑中动脉的供血区可见到显著的灌注缺损区。6小时后的急性脑梗死广泛的灌注缺损区，伴有小部分“半暗带”7 7小时小时DWI对急性及亚急性脑缺血的敏感度及特异度可达881

10、00和86100%,对CT及T2WI不可鉴别的急慢性缺血，DWI鉴别诊断的敏感度和特异度分别可达95和94。DWI的信号强度大小由表观弥散系数（ADC）进行定量测定。通过ADC值的变化可以反映缺血过程的变化以及不同缺血区域的演变规律。研究表明：从缺血区边缘带到梗塞中心，ADC值逐渐降低。早期出现ADC值下降的缺血组织最终演变为不可逆性恢复的梗死灶。DWI可以鉴别可逆性及不可逆性缺血组织，有助于挽救频死的缺血半暗带组织。已经证实一些患者在缺血症状后2小时给予静脉溶栓，DWI异常信号范围可以明显缩小，甚至完全消失。在脑缺血症状发生后24小时之后，DWI也可以提供其他更有价值的信息。因为DWI对急性

11、期细胞肿胀所致的细胞毒性水肿敏感，而对慢性期肿胀细胞破裂水分子再度弥散所致的间质性水肿不敏感，故在急性期DWI表现为高信号，在慢性期表现为等信号。DWI与T2 FLAIR成像方式相结合，可更好的区分急性、亚急性及慢性水肿。DWI可显示急性期细胞毒性水肿，不能显示血管源性水肿和间质性水肿，T2 FLAIR成像方式正好与之相反。脑梗死的影像分期根据发病后时间的长短可对脑梗死进行分期：1.超急性期：6小时之内；2.急性期脑梗死：672小时；3.亚急性期脑梗死：310天；4.早期慢性期脑梗死：11天1个月；5.晚期慢性期脑梗死：1个月以上。急性期，DWI图像上病灶为高信号，而T2 FLAIR为等信号；

12、慢性期，DWI图像上病灶为等信号， T2 FLAIR上病灶为高信号；在亚急性期，因为同时存在细胞毒性水肿和其他类型的水肿，在DWI及T2 FLAIR上均呈高信号，但DWI上的信号强度较急性期有所下降。脑缺血的演变过程 ADC值下降ADC值升高 1W 2W 3W 4W慢性期慢性期亚急性性期据报道，MS在DWI上信号多变 (hyper-, iso-, or hypointense) 。强化的病灶在DWI上与白质比呈高信号，而慢性病变为等信号。MS斑块中ADC值升高，而表现为正常信号的MS患者，其脑白质ADC值也下降。因此，我们推测在DWI上，MS斑块表现的高信号是由于T2 shine-throug

13、h 效应所致. 多发性硬化（多发性硬化（MS）在T2 FLAIR上还可看到2个小斑块影 ，活动性斑块的ADC值升高。该均匀强化的病变在DWI上呈高信号，其ADC值升高。sensitizing direction = zsensitizing direction = x未强化的小斑块在DWI和ADC图上未显示偶尔，在DWI上呈高信号的斑块（尤其是均匀强化的病变）ADC值下降， 推测这些ADC值下降的均匀强化斑块可能是处于极早期的病变，炎性反应活跃，而且没有明显的脱髓鞘改变。脑膜瘤的DWI信号强度多变 (hyper-, iso-, or hypointense) 。绝大多数良性脑膜瘤在DWI和AD

14、C图上呈等信号，仅仅23的良性脑膜瘤表现为稍高信号。 而恶性脑膜瘤在DWI上信号强度明显增高，ADC图信号降低，其ADC值下降。脑膜瘤脑膜瘤T1WI C -T2WI 脑膜上皮型脑膜瘤T1WI C +FLAIR常规MRI显示脑膜瘤的典型表现何神经束受犯？良性脑膜瘤瘤？较大量瘤细胞浸润？DWIADC图病理切片在DWI和ADC图上肿瘤分别为低和高信号，为低细胞密度，大细胞外间隙和其它病理改变所致。脑膜上皮型脑膜瘤SI较低提示细胞密度不高、 细胞外间隙较大，符合脑膜瘤。SI较高提示细胞密度不高、 细胞外间隙较大，符合脑膜瘤。DWI和相应的ADC图上呈低信号。伴有皮层下梗死的钙化脑膜瘤DWI与T2 FL

15、AIR结合，有利于脑梗塞与脑肿瘤、脑白质等病变的鉴别诊断，肿瘤瘤体在DWI上显示为高信号或低信号，高信号一般表示瘤细胞的水肿和新鲜坏死，低者常提示出血或钙化。肿瘤引起的水肿为血管源性水肿，在T2 FLAIR上为高信号，难以与梗死相鉴别，而DWI上呈等信号或仅见瘤体内的混杂信号。胶质瘤在DWI上的信号强度多变 (hyper-, iso-, or hypointense) 有时，胶质瘤在DWI上呈高信号，而其ADC值下降（可能是细胞外间隙容积变小）或者无下降 (可能是 T2 “shine-through”效应所致) 胶质瘤胶质瘤DWI 胶 质 母 细 胞 瘤ADC mapDWI和ADC图分别显示中

16、央坏死区为低信号和高信号（液化之肿瘤坏死）；DWI显示肿瘤实质区呈高信号(T2透过效应)；瘤周水肿为等和略低信号，提示有较多肿瘤细胞浸润。T1WI C+信号与CSF相仿，提示液性坏死。胶质母细胞瘤的非坏死部分在DWI上呈稍高信号 (T2 shine-through 效应)。在DWI上,瘤周血管源性水肿与白质比呈等信号，这是由于水肿组织内的弥散值增高（低信号）被水肿引起的T2值延长（高信号）的效应所抵消。瘤周水肿CSF及肿瘤的坏死成分在ADC图上均呈高信号（弥散值增高）。 多 形 性 胶 质 母 细 胞 瘤多形性胶质母细胞瘤坏死囊变区ADC values ： 1.652.62 x 10-3 mm

17、2/sec 脑脓肿DWI 胶质母细胞瘤肿瘤已液化之坏死腔在DWI上显示为低信号。胶质母细胞瘤vs化脓性脑脓肿T1WIC+T2WI化脓性脑脓肿DWI上脓腔显示为高信号。常规MRI难于区别二者，DWI区别二者：敏感性=93.3，特异性=90.9%，PPV=93.3，NPV=90.9，（有例外）。转移瘤肿瘤实质ADC values ： 0.821.24 x 10-3 mm2/sec 肿瘤坏死囊变区ADC values ： 2.62 x 10-3 mm2/sec 据报道转移瘤在DWI上呈等或稍高信号，而其ADC值范围约为0.821.24 x 10-3 mm2/sec 。 转移瘤的非坏死部分在DWI上信

18、号多变 (通常为 iso-或 hypointense; 偶尔呈 hyperintense)。 转移瘤的坏死部分在DWI上为显著低信号，ADC值明显升高。转移瘤转移瘤转移瘤， the ADC value （1）0.76 x 10-3 mm2/sec; （2）0.73 x 10-3 mm2/secT1WI C +T2WI FLAIRT1WI C -肺 癌 脑 转 移 ADC图DWI显示肿瘤和瘤周水肿均为高信号，后者为残余T2效应所致假阳性（其实并无弥散受限）。ADC图表明肿瘤有轻度弥散受限，而瘤周水肿为弥散增强，后者提示为无大量肿瘤细胞浸润的血管源性水肿。T2WI肺 癌 脑 转 移 DWI 瘤周水

19、肿的ADC值(1.53-1.5410-3 mm2/s)相对较高，约为正常脑实质ADC值(0.722-0.950 10-3mm2/s）的二倍，符合转移性肿瘤的诊断。T1WI C+T1WI C-T2WI FLAIR 淋 巴 瘤颞叶深部病灶，T2WI显示为等信号伴瘤周水肿，T1WIC+见病灶明显增强。应考虑淋巴瘤的诊断。DWI和DTI可能有助于获得更正确诊断。较大量瘤细胞浸润？淋巴瘤？何神经束受犯？DWIADC 图淋 巴 瘤DWI见病灶信号强度高于正常脑组织8.9倍，ADC图上肿瘤和瘤周水肿分别显示为低和高信号，肿瘤的ADC值为0.4510-3mm2 /sec，提示为一高细胞密度和小细胞外间隙病变。

20、病理切片DWI SI 高于正常脑组织8.9倍，ADC值为0.4510-3mm2 /sec，提示细胞密度高、 细胞外间隙较小和细胞核面积较大，符合淋巴瘤。 表皮样囊肿在T1WI、T2WI上，与CSF相比呈等或稍高信号。应用常规T1、T2很难判断肿瘤延伸的范围，在T1WI上，表皮样囊肿呈明显的高信号，很容易与CSF和蛛网膜囊肿区别开来。据报道表皮样囊肿平均 ADC值为 1.197 x 10-3 mm2/sec ， 肿瘤的ADC值与脑灰质和白质类似。表皮样囊肿在DWI上呈现的高信号可能是由于T2 shine-through效应所致。 表皮样囊肿表皮样囊肿T1WI C+T2WI DWI T1WI C+

21、T2WI DWI 胆 脂 瘤 vs. 蛛 网 膜 囊 肿胆脂瘤，DWI上囊腔显示为高信号。蛛网膜囊肿，DWI上囊腔显示为低信号。各成像程序，包括DWI，囊肿的SI均与CSF者相同。常规MRI难于区别二者，胆脂瘤的ADC值常较低， DWI上囊腔显示为高信号，蛛网膜囊肿的ADC值常较高（与CSF相仿） DWI上囊腔显示为低信号。据报道，肉芽肿在DWI上呈高信号，其ADC值(0.39 x 10-3 mm2/sec)降低,肉芽肿肉芽肿部分肉芽肿在DWI上呈高信号，而其ADC值与脑白质类似与转移瘤相鉴别 无论是常规MRI还是DWI，都难以把脑内结节状转移瘤与大脑的肉芽肿相鉴别开来。结节状转移瘤在DWI上

22、常表现为高信号，其ADC值下降，可能与富含细胞和/或出血有关。该转移瘤经组织病理学检测证实：来源于小细胞肺癌的富含细胞结构的病变超急性脑出血（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。脑出血脑出血亚急性脑出血晚期（27天后）与超急性脑梗死的鉴别诊断与超急性脑梗死的鉴别诊断 仅凭DWI和ADC图难以将这两种病变鉴别开来，应该联合应用DWI、ADC图和T2-weighted SE 或者 T2*-weighted gradient-echo和/或 T2-weighted EPI. 鉴别要点: 超急性缺血性脑梗死在 T2WI 和 T2*-weighted gradient-echo 表现正常。 超急性脑出血在T2WI和 T2*-weighted gradient-echo成像中表现为不均匀性高信号，其周围包绕者低信号环。谢谢！谢谢！