磁共振弥散加权像(DWI)的临床应用学习课件

磁共振弥散加权像Diffusion Weighted Imaging DWI的临床应用1 1 磁共振弥散加权像Diffusion Weighted Ima 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。2 2 概念弥散是自然界中最基本的物理现 DWI 基本原理物物理理基基础础 人人体体中中大大约约有有7 70 0 的的水水，与与D DWWI I 有有关关的的弥弥散散主主要要指指体体内内水水分分子子（包包括括自自由由水水和和结结合合水水）的的随随机机位位移移运运动动。水水分分子子随随机机运运动动过过程程中中不不断断相相互互碰碰撞撞，每每次次碰碰撞撞后后水水分分子子发发生生偏偏向向并并旋旋转转，使使其其位位置置与与运运动动方方向向发发生生随随机机变变化化。在在存存在在浓浓度度梯梯度度情情况况下下，分分子子弥弥散散运运动动遵遵循循一一定定规规律律（F Fi ic ck k s s 定定律律）。即即在在无无外外力力作作用用下下，分分子子总总是是从从浓浓度度高高的的一一方方向向浓浓度度低低的的一一方方位位移移 。受受限限弥弥散散 细细胞胞膜膜或或大大分分子子蛋蛋白白等等生生物物组组织织中中的的天天然然屏屏障障使使得得水水分分子子的的弥弥散散受受到到限限制制，称称为为受受限限弥弥散散（r ri is st tr ri ic ct te ed d d di if ff fu us si io on n)。3 3 DWI 基本原理物理基础 人体中大约有70 弥散方式各向同性弥散 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)。4 4 弥散方式各向同性弥散 在均匀介质中 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、细胞内和跨活体组织中，水分子的弥散运动包括细胞外、细胞内和跨活体组织中，水分子的弥散运动包括细胞外、细胞内和跨活体组织中，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细胞运动以及微循环（灌注），细胞外运动和灌注是组织细胞运动以及微循环（灌注），细胞外运动和灌注是组织细胞运动以及微循环（灌注），细胞外运动和灌注是组织DWIDWI信号衰减的主要原因。组织内水分子的随机运动越多信号衰减的主要原因。组织内水分子的随机运动越多信号衰减的主要原因。组织内水分子的随机运动越多信号衰减的主要原因。组织内水分子的随机运动越多 ，在，在，在，在DWI DWI 中的信号衰减越明显。中的信号衰减越明显。中的信号衰减越明显。中的信号衰减越明显。自由水比固体组织有极自由水比固体组织有极自由水比固体组织有极自由水比固体组织有极高的弥散系数，导致信号大量丢失，在高的弥散系数，导致信号大量丢失，在高的弥散系数，导致信号大量丢失，在高的弥散系数，导致信号大量丢失，在DWIDWI上呈明显低信上呈明显低信上呈明显低信上呈明显低信号。号。号。号。DWI DWI 是在常规是在常规是在常规是在常规MRIMRI序列的基础上，在序列的基础上，在序列的基础上，在序列的基础上，在X X、Y Y、Z Z轴三个互轴三个互轴三个互轴三个互相垂直的方向上施加弥散敏感梯度，从而获得反映体内水相垂直的方向上施加弥散敏感梯度，从而获得反映体内水相垂直的方向上施加弥散敏感梯度，从而获得反映体内水相垂直的方向上施加弥散敏感梯度，从而获得反映体内水分子弥散运动状况的分子弥散运动状况的分子弥散运动状况的分子弥散运动状况的MRMR图像。优点：图像。优点：图像。优点：图像。优点：1 1、明显减少成像、明显减少成像、明显减少成像、明显减少成像时间；时间；时间；时间；2 2、降低运动伪影、降低运动伪影、降低运动伪影、降低运动伪影propeller propeller 技术应用；技术应用；技术应用；技术应用；3 3、增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。增加因分子运动而使信号强度变化的敏感性。定量指标：定量指标：定量指标：定量指标：DWIDWI图图图图 ADCADC图图图图 5 5 DWI 信号形成机制 活体组织中，水分子的弥散运动包括细 弥散定量指标（DWI.ADC）D DWWI I 定定量量分分析析 弥弥散散系系数数直直接接反反映映组组织织的的弥弥散散特特性性，为为衡衡量量生生物物组组织织中中分分子子弥弥散散程程度度的的绝绝对对值值。但但受受限限弥弥散散、弥弥散散时时间间、血血流流、运运动动、R RF F 脉脉冲冲等等因因素素均均可可影影响响测测得得的的弥弥散散系系数数，是是目目前前在在活活体体上上测测量量水水分分子子弥弥散散运运动动与与成成像像的的唯唯一一方方法法 A AD DC C表表观观弥弥散散系系数数（a ap pp pa ar re en nt t d di if ff fu us si io on n c co oe ef ff fi ic ci ie en nt t ）D DWWI I 上上测测得得的的生生物物组组织织整整体体结结构构特特征征的的弥弥散散系系数数，反反映映水水分分子子弥弥散散和和毛毛细细血血管管微微循循环环（灌灌注注）的的人人工工参参数数。A AD DC C 是是水水分分子子移移动动的的自自由由度度。A AD DC C l ln n(S S1 1/S S2 2)/(b b2 2-b b1 1)l ln n 为为自自然然对对数数。S S 为为某某一一弥弥散散敏敏感感系系数数（b b ）下下的的信信号号强强度度，S S1 1 和和S S2 2 代代表表两两个个不不同同b b值值感感兴兴趣趣区区的的信信号号强强度度。b b 值值弥弥散散加加权权程程度度（弥弥散散敏敏感感系系数数）。b b=(A A)(-3 3)为为旋旋磁磁比比，、A A 分分别别为为扩扩散散梯梯度度持持续续时时间间、间间隔隔时时间间及及强强度度，b b 值值单单位位为为秒秒/平平方方毫毫米米。临临床床应应用用中中一一般般固固定定 、，仅仅通通过过改改变变A A 的的 大大小小而而获获得得不不同同的的b b 值值。6 6 弥散定量指标（DWI.ADC）DWI 定量分析 b b 值值受受灌灌注注影影响响大大，小小b b 值值主主要要反反映映局局部部组组织织的的微微循循环环血血流流灌灌注注，测测得得的的A AD DC C 值值不不稳稳定定。b b=0 0 产产生生无无弥弥散散权权中中的的T T2 2 像像 。大大b b 值值所所测测得得A AD DC C 值值受受血血流流灌灌注注影影响响小小，较较好好反反映映组组织织内内水水分分子子的的弥弥散散运运动动。即即b b 值值越越大大，对对水水分分子子运运动动的的检检测测越越敏敏感感，但但图图像像的的信信噪噪比比相相应应的的下下降降。通通常常b b值值取取1 10 00 00 0s s/mmmm 3 3 ，成成二二组组图图像像：b b=0 0 和和b b=1 10 00 00 0 。D DWWI I 图图：弥弥散散受受限限组组织织和和长长T T2 2 组组织织均均表表现现为为高高信信号号。不不是是纯纯粹粹的的弥弥散散图图，包包含含T T2 2WWI I 成成分分。（脑脑脊脊液液是是黑黑A AD DC C 图图：弥弥散散程程度度高高的的组组织织信信号号高高（亮亮），弥弥散散受受限限组组织织表表现现为为低低信信号号。（脑脑脊脊液液是是白白的的）e eA AD DC C 图图：弥弥散散受受限限组组织织信信号号高高，自自由由弥弥散散组组织织信信号号低低消消除除了了T T2 2 穿穿透透（s sh hi in ne e t th hr ro ou ug gh h ）效效应应的的影影响响。（脑脑脊脊液液是是黑黑的的 ）DWI，b=1000DWI，b=0ADC7 7b 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 DWI的临床应用中枢神经系统 骨骼肌肉系统 肝脏 乳腺 卵巢子宫肾脏；前列腺心脏血 8 8 DWI的临床应用中枢神经系统 8 中枢神经系统超急性期和急性期脑缺血 感染 脱髓鞘病变 肿瘤 9 9 中枢神经系统超急性期和急性期脑缺血 9 DWI早期诊断脑缺血机理早期诊断脑缺血机理缺血后几分钟钠缺血后几分钟钠-钾泵功能失调钾泵功能失调 细胞内钠、水潴留细胞内钠、水潴留 水分子扩散下降（水分子扩散下降（ADCADC值下降）值下降）局部区域信号增高（局部区域信号增高（DWIDWI）1010 DWI早期诊断脑缺血机理缺血后几分钟钠-钾泵病例1：张壮上，男性，1111病例1：张壮上，男性，11 超急性期和急性期脑缺血D DWWI I 对对超超急急性性和和急急性性脑脑梗梗塞塞的的检检出出敏敏感感性性为为8 88 8 1 10 00 0 ，特特异异性性为为8 86 6 1 10 00 0 。能能够够鉴鉴别别新新鲜鲜与与陈陈旧旧性性梗梗塞塞灶灶，并并能能评评估估预预后后。存存在在假假阴阴性性（病病灶灶较较小小、空空间间分分辨辨率率有有限限）和和假假阳阳性性（磁磁 敏敏感感效效应应所所致致）。对对新新生生儿儿急急性性缺缺血血缺缺氧氧性性脑脑病病显显示示敏敏感感，且且能能准准确确预预测测病病灶灶范范围围。对对一一过过性性缺缺血血发发作作（T TI IA A ）显显示示优优于于常常规规MMR RI I 。1212 超急性期和急性期脑缺血DWI 对超急性和急性脑梗塞的检病例2：邓碧莹，女，岁T11313病例2：邓碧莹，女，岁T113病例3：翟国开，男，岁1414病例3：翟国开，男，岁14病例4，黎自军，男，岁1515病例4，黎自军，男，岁15病例5，粟素群，女1616病例5，粟素群，女16 感染 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。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。一定程度上鉴别疱疹性脑炎和颞叶浸润性胶质瘤。1717 感染 化脓性感染：脓腔于DWI脱髓鞘病变 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 明显高于慢性硬化斑。可靠鉴别脱髓鞘和梗死灶。1818脱髓鞘病变 多发性硬化（MS）：分期：急性期DWI 呈高信 肿瘤鉴别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。鉴别脑脓肿和肿瘤囊变（坏死）。胶质瘤分级。表皮样囊肿术后残存 脑脓肿 多形胶质母细胞瘤 1919 肿瘤鉴别鉴别蛛网膜囊肿与表皮样肝脏肝脏MR扩散成像扩散成像DWI是目前唯一能在活体上进行分子扩散测量，分析内部结构及组织成分，反映活体组织功能状态的功能性成像EPI技术+脂肪抑制（FS），选择不同的b值（100，500，1000s/mm2）。ADC值测量：DWI图像上，每个病变部位选择兴趣区（3个），测量信号强度ADC值计算：ADC=（InS低/S高）/（b高-b低）2020肝脏MR扩散成像DWI是目前唯一能在活体上进行分子扩散测量212121 肝脏肝脏MR扩散成像扩散成像肝脏各病变的ADC值范围及平均ADC值 （10-3 mm2 )（10-3 mm2/s）病变类别 ADC值范围 平均ADC值 肝细胞癌 0.871.59 1.350.18肝转移瘤 0.921.87 1.410.12肝血管瘤 1.002.91 2.390.21肝囊肿 3.043.91 3.440.27 2222 肝脏MR扩散成像肝脏各病变的ADC值范