引言
磁共振彌散加權 (Magnetic resonance diffusion weighted ,MRDW) 成像提供了不同於常規核磁共振成像(MRI) 圖像的組織對比 ,能對腦組織的生存和發育提供潛在的、惟一的信息。在顯示急性腦梗死和與其他腦急性病變的鑑別上非常敏感 ,同時 ,對腫瘤、感染 、外傷和脫髓鞘等病變也能提供一些信息。
磁共振彌散加權( MRDW) 原理
彌散是指分子的隨機側向運動 ,即布朗運動。MRDW 是在自旋迴波(spine echo ,SE) T2 加權序列 180°脈衝前後加上兩個對稱的彌散敏感梯度脈衝 ;對於靜止 (彌散低) 的水分子 ,第一個梯度脈衝所致的質子自旋去相位會被第二個梯度脈衝再聚焦 ,信號不降低 ;而對於運動 (彌散強) 的水分子 ,第一個梯度脈衝所致的質子自旋去相位離開了原來的位置 ,不能被第二個梯度脈衝再聚焦 ,信號降低。根據 Fick 定律 ,真正的彌散 是由於濃度梯度導致的分子淨運動 ,在 MR 成像 中 ,濃度差異造成的分子運動和壓力梯度、熱效應以及離子的相互作用引起的分子運動無法區分 ,因而只用表觀彌散係數(apparent diffusion coefficient ,ADC) 來表示機體中所測到的彌散。
Hahn 首先在 1950 年提出水彌散對磁共振信號的影響之後, Stejskal 等將其發展成為可測量的磁共振技術。目前常規採用的成像技術是在 SE 序列中180b脈衝兩側對稱地各施加一個長度、幅度和位置均相同的對彌散敏感的梯度脈衝, 一般施加在讀出方向上。當質子沿梯度場進行彌散運動時, 其自旋頻率將發生改變, 結果在回波時間內相位分散不能完全重聚, 進而導致信號下降。用相同的成像參數兩次成像 , 分別使用和不用對彌散敏感的梯度脈衝,兩次相減就剩下做彌散運動的質子在梯度脈衝方向上引起的信號下降的成分, 即由於組織間的彌散係數不同而形成的圖像, 故稱彌散加權圖像( DWI) 。彌散係數( diffusion coefficient D) 公式為:
S( TE, G) / S( TE, 0) = exp(-bD)
其中: S( TE, G) 為用梯度脈衝的圖像上的信號強度, S( TE, 0) 為不用梯度脈衝的圖像上的信號強度, b 為彌散敏感因子, 公式為:
b=τδG（△-δ/3）
影響彌散信號的因素
影響彌散信號的因素主要有 b 值、表觀彌散係數( ADC) 、各向異性、T2 穿透效應等。
心肌細胞b值分析圖像彌散敏感係數( b) 值: 彌散加權成像( DWI) 是在某一個 b 值下測定得出的信號強度成像 , 隨著 b 值的增加, 圖像的彌散權重 加大, 病變組織和正常組織之間的對比度增加, 提高了 DWI的敏感性, 但是, 提高b 值會導致圖像信噪比降低, 這是因為 b 值的增加主要是通過延長由梯度脈衝持續時間( D) 和梯度脈衝的間隔時間( v ) 來完成的, 這樣使回波時間( TE) 增加, 而長 TE 使信號衰減。
表觀彌散係數( ADC) : 由公式( 1) 得知, DWI 的信號與彌散係數 ( D) 呈負指數關係, 即 D 值增大,DWI 信號下降。在活體內, DWI 信號除受彌散的影響外, 還對一些生理活動( 如心臟搏動、呼吸、灌注、肢體移動等) 敏感, 所測得的彌散係數並不僅僅反映水分子) 的彌散狀況。
各向異性( anisotropy ) : 彌散是一個矢量, 不僅有大小, 而且有方向。各向異性 是水分子彌散矢量的重要體現, 即水分子在某個位置上可以向任意一個方向運動, 但是其向各個方向運動的量並不相同,如水分子在平行於神經纖維的方向上較垂直其方向上更易彌散。
T2 穿透效應( T2 shine- through effect) : DW I 上的信號強度不僅與受檢組織ADC 值有關, 而且與組織的 T2 值有關, 即 DWI 的信號正比於 T2 值。當受檢組織的 T2 值明顯增高,在 DWI 上有明顯的 T2 圖像對比存在時, 稱之為 T2穿透效應, 文獻報導膽脂瘤的ADC 值高於正常的腦組織, 但是其 DWI 信號明顯高於正常腦組織, 認為不僅是水分子彌散受限的作用, 也有T2 穿透效應存在的結果, 而且後者的影響可能更大一些。
MRDW 的臨床套用
MRDWI 在缺血性腦疾病的診斷價值已為大家所熟知, 而在其他疾病的套用, 也日益增加。
MRDW 對於腦卒中的診斷價值
缺血性腦梗塞: MRDW 對超急性期腦梗塞的診斷價值已被公認, 它已經成為超急性期腦梗塞的常規序列 。彌散加權圖像提供了傳統 MRI 圖像不能提供的腦部病理狀態信息, 特別是它能夠提供水分子彌散的信號比例。
MRDW 對於顱內腫瘤的診斷價值
常規 MRI 對顱內腫瘤 的定性診斷有很大幫助,但MRI 徵象存在一定的交叉, 以致在臨床工作中常發生誤診, MRDWI 在這方面可以提供更多的參考信息 。
脫髓鞘病變多發性硬化
多發性硬化是一種慢性、致殘性的中樞神經系統脫髓鞘疾病, 具有病灶多發和時間上反覆- 緩解的特徵。急性硬化斑在 MRDWI上呈高信號( 與白質相比) , e 指數 ADC 圖亦呈高信號; 而慢性病灶在 MRDWI 上及 e 指數 ADC 圖上均未見高信號。導致急性病灶彌散增加的原因可能是由於水腫、急性脫髓鞘、神經元丟失和慢性膠質增生而導致細胞外間隙增加。罕見病例的急性斑塊可見彌散降低, 這可能是由於炎症性細胞浸潤增加而細胞外水腫較少所致。另外, 常規 MRI 上表現正常的腦白質, ADC 也有輕度增高, 這與組織學所見的多發性硬化有白質瀰漫受累的結果相符合 。
感染性疾病腦膿腫 :
國外學者 Ebisu 首先利用 MRDWI對腦膿腫進行了研究, 發現腦膿腫內的成分與腫瘤壞死不同, 早期腦膿腫在 MRDWI 上表現為高信號, 其 ADC 值減低, 而多數腫瘤壞死或囊變在 MRDWI上表現為低信號, 而 ADC 值升高, 據此征可對腦膿腫與膠質瘤、轉移瘤等進行鑑別 。
瀰漫性軸索損傷( DAI)
DAI 是閉合性腦外傷中的一種原發腦損傷, 是引起死亡、嚴重致殘及植物生存狀態的重要原因, 國外有學者研究表明MRDWI能比常規M R 更早、更準確的發現 DAI 病灶的變化。DAI 的病灶均表現為MRDWI高信號, ADC 值減低 。
在脊髓疾病中的套用
1991 年Hajnal 等首次報導了在體脊髓 MRDWI研究, 之後雖然陸續有一些相關研究報導, 但由於受到技術限制, 並沒有得到臨床的重視。直到最近, 隨著相關技術的進步, 包括各種快速掃描序列和特殊掃描序列的不斷出現與完善, 使得脊髓 MRDWI開始真正地套用於臨床。部分研究顯示脊髓 MRDWI 在脊髓缺血、梗塞、炎症、外傷及腫瘤等疾病中具有一定的表現特點和鑑別價值, 有望成為新的影像手段, 在脊髓疾病的機理研究和臨床診斷中發揮更大的作用 。
彌散加權成像的套用前景及其局限性
MRDWI不僅在腦部疾病的診斷中發揮著越來越大的作用, 而且隨著技術的不斷改進,MRDWI 已經在乳腺、肝臟 、頸髓等處的疾病診斷中得到越來越廣泛的套用。總之, MRDWI作為目前唯一非侵入性檢測活體組織內水分子運動的技術, 在病變 的檢出中具有重要價值, 尤其對良、惡性病變 的鑑別診斷具有重要意義。但是, 彌散加權成像對磁場的勻場要求較高, 對靠近骨組織的腦內病變會出現偽影。另外,由於膠質瘤、腦膜瘤、淋巴瘤、急性腦梗塞 等都可以表現為 MRDWI 高信號; 而膠質瘤、腦膜瘤等由於內部組成成分的不同, 使得同一種病在MRDWI 中可以有多種不同的表現, 且 ADC 值的統計也有一定程度的重疊。使得彌散加權成像的廣泛套用存在一定困難。隨著 MRI 技術的不斷完善和發展, 以及對 MRDWI研究的增多, 相信 MRDWI 會在病變的定性中體現出更大的價值。
