弥散加权成像DWI原理和临床应用

,MR,弥散和张量成像,弥散加权成像,DWI,原理和临床应用,弥散现象,(Diffusion),水分子的热运动，即布朗运动,随机和无规律,人体组织大部分是水,弥散系数,(Diffusion Coefficience, D),衡量水分子弥散的程度，弥散系数越大，水分子弥散的距离越大。,组织的病变引起弥散系数的变化，用表观弥散系数来表示。,弥,散,现,象,弥散的影响因素,组织结构,生化特性,温度,外加使局部组织运动,的因素,弥散的测量,生物、物理方法,放射活性或荧光标记,核磁共振成像（,目前在人体上进行水分子弥散测量与成像的唯一方法,）,弥,散,现,象,成像原理,基本脉冲序列：,SE EPI,磁共振弥散成像在原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。,弥,散,成像原理,b =,2,G,2,(/3 ),b,值是反映附加梯度场性质的参数,弥散加权成像中的弥散运动,1,2,3,4,静止水分子,弥散水分子,射频场,梯度场,信号强度,90,0,180,0,弥散梯度场对,水分子弥散程度决定了信号降低的程度，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；,反之，水分子弥散受限的程度决定了信号增高的程度，通过测量信号降低的程度反算弥散系数；,弥,散,图像的影响,因素,ADC,：表观弥散系数,T2WI, B=0 DWI, B=1000,弥,散,图像的影响,因素,体内各种因素的变化影响弥散运动,呼吸、心跳、毛细血管灌注、组织结构等,T2,透过效应 （,T2 shine through),由于,DWI,图像以,SE-EPI,序列扫描，含有不同程度的质子加权和,T2,成分，不能真正反映脑组织的弥散系数,弥散图像包含有,T2,、质子和弥散程度变化的综合信息,=,&,b=0 b=1000 ADC,T2,spin,弥散,DWI,ADC,：表观弥散系数,S,0,S,*,exp(-,g,2,G,2,d,2,(,D,-,d,/3),D,),=,S,0,*,exp(- ),=,S,b,ADC,90,0,180,0,G,G,D,弥散梯度场、,b,值和,ADC,值,b=0,b=1200 s/mm,2,脉冲序列的选择,脉冲序列,SE EPI,弥散加权像：,信号的衰减与弥散系数有很好的相关性,GRE EPI,弥散加权像：,信号的衰减与弥散系数、组织的,T1,、,T2,时间、翻转角有关，很难测出弥散系数的精确值。,GRE,扫描很快，不能加载幅度大、时间过长的梯度,中枢神经系统应用,TE=70ms,保证弥散加权像图像的信噪比，,TE,应等于,T2,。在磁共振中，脑组织的,T2,值最大为,180-200ms,。,b=1000,ZOOM,线圈,相位校正，优化,TE,选项，,Asset,弥散加权成像的应用,病变组织弥散改变的病理基础,弥散加权成像在急性脑梗塞中的应用和影像学表现,T2,透过效应,( T2 Shine Through),GE,独有的指数表观弥散系数：,eADC,弥散加权成像在临床上的应用范围,弥散改变的病理基础,正常组织,随机运动的水分子,-,低信号,细胞毒性水肿的组织,运动受限的水分子,-,高信号,A B,组织内影响水分子弥散的因素,细胞内外的体积变化,水分子通过细胞膜的渗透作用,细胞外间隙形态的改变,弥散系统的正常范围,表观弥散系统的正常范围,自由水的,ADC,值大约为,-3,mm,2,/s,正常脑组织的,ADC,值为,-3,mm,2,/s,脑组织急性病变的,ADC,值多为降低,脑组织亚急性或慢性病变的,ADC,值多为升高,ADC,异常变化的上下限为,-3,mm,2-3,mm,2,/s,急性脑梗塞弥散成像,急性脑梗塞的弥散表现,细胞内缺血表现（, 3,小时 ）,ADC,图显示异常降低,DWI,显示异常高信号,T2WI,未见异常,血脑屏障轻微破坏，间质水肿（,3 - 8,小时 ）,ADC,图无变化，仍是降低,DWI,显示异常信号的范围增大,T2WI,有范围小于,DWI,的异常信号,血脑屏障明显破坏（,8 12,小时）,ADC,图显示的异常降低轻度增高,DWI,显示异常高信号,T2WI,与,DWI,显示同样的异常高信号,血管源性水肿加重，间质水肿明显（,12,小时以后）,ADC,图无变化,DWI,显示异常高信号（面积无变化）,T2WI,与,DWI,显示同样的异常高信号,急性脑梗塞弥散成像,35,分钟,3,小时,7,小时,脑缺血的演变过程,ADC,值下降,ADC,值升高,1W 2W 3W 4W,T2,透过效应,Shine Through,绝大多数动物实验及临床病例表明,ADC,的下降开始于梗死后,5min,，较正常低,35-60%,随后降低的,ADC,值逐渐升高，,5-10,天左右达到一假性正常化表现,ADC,值逐渐增加并高于正常值,弥散图像是多种因素综合形成的对比度,弥散图像包含有,T2,、质子和,ADC,值变化的综合信息，我们把,T2,及质子的对比度在弥散图像上反映的现象称为透过效应（,shine through),。,Shine through,在梗死性病变发生一周左右，对弥散图像的对比度其主要作用。,急性脑梗死一周内弥散图像对比度的决定因素,T2,透过效应,Shine Through,eADC,eADC,的应用优势,eADC = S,b=1000,/ S,b=0,eADC,图的信号对比度较,ADC,图高,病变部位的边界显示清晰,应用方便，病变的表现与,DWI,图像一致，符合临床观察习惯,GE,引入独特的,eADC,值概念,DWI ADC,图,eADC,图,弥散成像临床应用,临床病例,皮层梗死,临床病例,陈旧瘢痕,T2,Fliar,DWI,T1+C,ADC,eADC,弥散成像其他临床应用,弥散成像临床应用,弥散成像,DWI,在中枢神经系统的应用,急性超早期脑梗塞,肿瘤，主要用于鉴别液化或含有液体的肿瘤,脓肿,囊肿,肿瘤囊变,癫痫,Parkinson,病等变性性疾病,指导临床治疗,弥散成像临床应用,弥散成像在乳腺中的应用,恶性肿瘤的,ADC,均明显降低,良性病变的,ADC,无明显降低,与,MR,增强扫描的效果一致,弥散成像在腹部的应用,不利因素：,运动，,T2,时间过短（,50ms,），,SNR,下降,主要用于囊性病变的鉴别,囊肿、血管瘤、脓肿、肝细胞癌,测,ADC,图时的,b,值差可以反应实性肿瘤的血供,含水丰富的肾脏具有较高的,ADC,值,弥散成像其他临床应用,eADC,ADC,结肠癌肝转移,弥散张量成像,DTI,原理和临床应用,谢 谢！,弥散运动的方向性,弥散的各向同性,在均一状态下，水分子弥散运动在各个方向是相同的,各方向弥散运动的向量轨迹为球形,弥散的各向异性,在非均一状态受屏障和生化特性的影响，水分子弥散运动在各个方向有差异,各方向弥散运动的向量轨迹为椭球形,弥散运动的方向性,中枢神经系统弥散运动的各向异性,弥散运动受本身组织生化特性的影响,弥散运动受到细胞外各种结构的影响,脑白质纤维弥散运动的各向异性,神经元轴突的髓鞘和轴突的细胞内结构是影响弥散运动的方向,垂直于神经纤维走行方向的弥散受髓鞘和神经束膜的限制,平行于神经纤维走行方向的弥散受轴突内、线粒体内质网、神经丝等细胞内结构的影响,水分子垂直于神经纤维走向的弥散运动困难,水分子平行于神经纤维走向的弥散运动容易,弥散运动的方向性,弥散敏感梯度的方向性,DWI,脉冲序列在三个方向上施加弥散敏感梯度（上下，左右，前后）,三套弥散图像取其平均值，获得各向同性弥散图像,各向同性弥散图像不包含弥散的方向信息,DWI,图像消除了各向异性的影响,DTI,在多个方向上施加弥散敏感梯度，分别感受不同方向的弥散运动，获得不同弥散方向的多个弥散图像,至少,6,个方向，最多,55,个方向，方向越多，感受到的弥散运动方向越多,图像后处理获得弥散的各向异性图像,DTI,图像突出强调弥散的各向异性，图像的对比度反映了成像平面内水分子弥散的各向异性,弥散张量成像,DTI,图像反映脑白质纤维素的走行方向,垂直于神经纤维走行方向的弥散困难,平行于神经纤维走行方向的弥散容易,DTI,图像反映了水分子在脑实质空间内向各个方向进行弥散运动的主导方向,DTI,图像各向异性的参数,部分各向异性值（,FA,）,相对各向异性（,RA,）,容积率各向异性（,VA,）,各向异性指数（,AI,）,弥散张量的本征值（,E,）,弥散张量成像,弥散张量成像,DTI,成像参数,高密度相控阵线圈，高,SNR,ZOOM,梯度线圈,DW-EPI,序列,TR=2000,，扫描时间与扫描层数之间的协调,TE=80ms,B=1000,25,个方向,优化,TE,选项,ASSET,128X128,，,NEX=2,5mm,层厚，,0mm,间距,临床应用,脑发育,脑发育，髓鞘形成的过程中，脑白质,FA,值逐渐增加,衰老时，脑白质,FA,值下降,脑梗塞,早期脑梗塞，,ADC,值下降，,FA,值下降,中晚期，,FA,值升高，结合脑灌注成像，预测脑梗塞的预后,脑梗塞时，脑白质各向同性受损较灰质更为严重,多发性硬化,急性期，,ADC,和,FA,均下降,慢性期，组织丢失使,ADC,增加，神经胶质增生和炎性反应,ADC,升高，,FA,值虽下降但比急性期高,斑块内,FA,值最低，周围区域,FA,值逐渐升高,FA,图像上异常信号大于,T2W,的高信号区,临床应用,Alzheimer,病,颞叶脑白质、胼胝体压部和扣带束的前后部,FA,值下降,癫癎,颞叶、海马白质纤维束,FA,值明显下降,垂直于神经纤维轴突方向的弥散各向异性增加,脑外伤,辅助诊断闭合性脑外伤引起的颅内微环境的变化,ADC,早期发现局部缺血脑白质改变,弥漫性轴索损伤，弥散各向异性下降,脑肿瘤,脑白质受压移位,完整性破坏,弥散张量应用进展,弥散张量应用进展,谢 谢！,