DWI及其中枢神经系统应用(1).

DWI的原理及临床应用1. DWI简介扩散加权成像（Diffusion-Weighted Imaging，简称DWI）是一种基于核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI）的技术，它通过测量水分子在组织中的自由扩散，提供了关于组织微结构的信息。

DWI在医学影像学领域具有广泛的临床应用。

2. DWI的原理DWI是基于水分子的自由扩散现象来获取影像信息的。

水分子在组织中的自由扩散受到许多因素影响，例如细胞膜的完整性、细胞分布密度以及细胞内外溶液的分子浓度等。

DWI使用一种特殊的梯度来限制水分子的自由扩散，从而使得在某个方向上的水分子质量浓度的变化能够更容易地被检测到。

通过对不同方向上的梯度进行扫描和测量，可以获得组织中水分子自由扩散的信息。

3. DWI的临床应用DWI在临床应用中具有广泛的用途，以下是一些常见的应用。

3.1 脑卒中和脑损伤评估DWI可以用来评估脑卒中和脑损伤患者的病情。

脑卒中后，受损的脑组织中的水分子的自由扩散会受到限制，导致DWI图像上的信号改变。

通过对DWI图像的分析，可以帮助医生判断脑卒中患者的病情严重程度以及影响范围。

3.2 肿瘤检测和分析DWI可以用于肿瘤的检测和分析。

肿瘤组织中的细胞密度常常较高，导致水分子的自由扩散受到限制。

因此，DWI可以准确地检测出肿瘤的存在，并提供关于肿瘤的信息，例如肿瘤的大小、位置和形态。

3.3 炎症和感染的评估DWI也可以用于炎症和感染的评估。

炎症和感染通常导致组织细胞密度的增加，从而限制水分子的自由扩散。

通过对DWI图像进行分析，可以检测出炎症和感染的存在，并提供有关病情的额外信息。

3.4 白质疾病的诊断DWI是评估白质疾病的一种重要工具。

白质疾病是指影响脑的白质部分的一类疾病，例如白质卒中和多发性硬化症。

通过检测和分析DWI图像，可以帮助医生判断白质疾病的类型和程度。

3.5 弥漫性疾病的检测DWI还可以用于检测一些弥漫性疾病，如弥漫性肝病和弥漫性肾病。

dwi基本原理及其在中枢神经系统中的应用
DWI（Diffusion weighted imaging）是一种MRI（Magnetic Resonance Imaging）技术，能够测量组织内水分子的自由扩散程度。

DWI原理基于布朗运动理论，即水分子在组织中不停地随机运动。

DWI采用梯度强度以及梯度方向不同来衡量水分子扩散方向和速度，这些信息被整合在一起形成图像，即DWI 图像。

DWI在中枢神经系统中的应用广泛，因为DWI可以反映大脑中白质和灰质的微结构和组织完整性。

白质病变、水肿和缺血性损伤等神经系统疾病都可以通过DWI检测到。

DWI对于急性缺血性脑卒中的早期诊断和治疗提供了重要的支持，因为发生脑卒中后，组织坏死开始导致扩散系数降低，DWI可以显示出白质区域的异常高信号或强度减低。

DWI还可以用于定位肿瘤和神经网络功能区域的准确识别，可以帮助医生提供更好的手术规划和处理。

磁共振扩散加权成像（DWI）基本原理及中枢神经系统应用综述到目前为止，磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)是能够在活体组织中进行水分子弥散测量的唯一方法。

DWI反映了水分子的微观扩散运动，是从细胞及分子水平研究疾病的病理生理状态的一种技术，可用于判断功能及定性诊断。

DWI主要用于脑缺血的早期诊断，近年来随着MR技术的飞速发展，DWI在中枢神经系统及全身各系统病变的应用日益广泛并受到重视。

1、DWI基本原理分子热能激发而使分子发生一种微观、随机的平移运动并相互碰撞，称为分子的热运动或布朗运动。

如果水分子的扩散运动不受任何约束，我们称为自由扩散。

事实上，生物组织内的水分子因受周围介质的约束，其扩散运动将受到不同程度的限制，称之为限制性扩散。

在人体中，脑脊液、尿液等水分子扩散运动所受到的限制相对小，被视为自由扩散，而一般组织中水分子的扩散运动则属于限制性扩散。

在人体组织中由于组织结构的不同，限制水分子扩散运动的阻碍物的排列和分布也不同，水分子的扩散运动在各方向上受到的限制可能是对称的，称为各向同性扩散；也可能是不对称的，称为各向异性扩散。

DWI技术就是检测人体组织内水分子的这种微观扩散运动的一种新型的MRI检查技术。

DWI是利用MRI对运动物质的敏感性，反映出移动状态的水所携带的质子在横向磁化产生的相位偏移。

当在DWI序列时，随着梯度强度的加大，增加局部磁场的非均匀性，使T2弛豫过程明显缩短，加大由弥散所导致的信号衰减程度，结果在图像上呈现低信号，信号的下降与ADC值的关系可用下面的公式表示：ADC=ln(S2/S1)/(b1-b2)，S2与S1是不同b值条件下弥散加权像的信号强度；b为弥散敏感系数，弥散加权的程度由b值来决定，b值越高产生的弥散梯度场越强，造成信号下降越大，对病灶显示越清晰。

通过结合至少两次以上的b 值可得到弥散加权图像。

DWI是平面回波成像(EPI)加自旋回波(SE)所产生的一种特殊T2加权图像，用于观察水分子的弥散过程，水分子弥散正常时，其图像显示为等信号，水分子弥散受限时DWI上就会出现异常高信号，EPI技术是目前公认的最快的空间信号采集成像方法，成像时间可达30ms，可以克服运动等伪影。

弥散加权成像（DWI）的应用磁共振新技术-弥散加权成像（DWI）的应用DWI即磁共振弥散加权成像，是利用水分子的弥散运动特性进行成像的。

DWI使MRI对人体的研究深入到细胞水平的微观世界，反映着人体组织的微观几何结构以及细胞内外水分子的转运等变化，是目前惟一能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法。

DWI上水分子随机微观运动的大小用弥散系数来描述，弥散系数越大，代表分子弥散运动越强。

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。

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。

水分子在细胞外间隙内由各种动力驱使下的空间移动称表观弥散；通常应用表观弥散系数（ADC）标示弥散的大小，即水分子移动的自由度；通常情况下，每一种组织均有自己特有的表观系数，同一种组织在不同的病理情况下，亦能导致弥散系数发生改变。

DWI图：弥散受限组织和长T2组织均表现为高信号ADC图：弥散程度高的组织信号高，弥散受限组织表现为低信号。

B值-为弥散加权程度（弥散敏感系数）受灌注影响大，b值越大，越能够较好的反映组织内水分子的弥散运动，即对水分子运动的检测越敏感。

通常取b＝0和b＝1000。

b＝0 b＝1000DWI临床应用一、中枢神经系统1、脑血管疾病:①超早期脑梗死的诊断②缺血半暗带的检出:DWI与灌注成像(PWI)不匹配区域定义为缺血半暗带2、感染性病变与肿瘤性病变鉴别诊断①脑脓肿：脓腔于DWI呈均匀高信号，ADC低信号--弥散受限，与脓液的高粘滞度和脓肿的多细胞性有关。

②胶质母细胞瘤：中心坏死于DWI呈均匀低信号，ADC高信号--弥散不受限，与肿瘤坏死液化粘滞度较低有关。

3、胆脂瘤与蛛网膜囊肿鉴别：胆脂瘤含大量肌固醇晶体和脂肪会限制水分了的弥散运动，从而DWI为高信号，ADC为低信号；蛛网膜囊肿含脑脊液样液体，弥散不受限，从而DWI为低信号，ADC为高信号；3、脱髓鞘病变①多发性硬化（MS）：急性期DWI呈高信号，慢性病灶呈等信号。

一、 DWI 的概念 1.定义：弥散又称扩大，是指份子从四周环境的热能中获取运动能量而使份子发生的一连串的、小的、随机的位移现象并互相碰撞，也称份子的热运动或者布朗运动。

2. DWI 技术就是检测扩大运动的方法之一，由于普通人体MR 成像的对象是质子，主要是水份子中的质子，因此 DWI 技术事实上是通过检测人体组织中水份子扩大运动受限制的方向和程度等信息间接反映组织微观结构的改变。

3. 生物组织内的水份子的扩大分为三大类：细胞外扩大，细胞内扩大，跨膜扩大，且扩大运动受到组织结构、细胞内细胞器和组织大份子的影响。

4. 影响水份子弥散的因素：膜结构的阻挡，大份子蛋白物质的吸附，微血管内流淌血液的影响〔？〕。

5. DWI 中的水份子：1〕无创探测活体组织中水份子扩大的惟一方法 2〕信号来源于组织中的自由水 3〕结合水尽管运动受限，但仍不能产生信号 4〕不同组织对自由水扩大限制程度不同 5〕产生 DWI 对比 6〕检测组织中自由水限制性扩大的程度 6. 常规 DWI ，主要对细胞外自由水运动敏感 T2WI 基础上，施加扩大梯度，组织信号衰减 1〕自由水扩大越自由 =信号丢失多， DWI 信号越低 2〕自由水扩大越受限 =信号丢失少，DWI 信号越高 7. 在匀称介质中，任何方向的弥散系数都相等，这种弥散称为各向同性扩大〔eg.脑脊液〕；在非匀称介质中，各方向的弥散系数不等，这种弥散称为各向异性扩大〔eg.脑白质纤维素〕。

各向异性扩大在人体组织中是普遍存在的，其中最典型的是脑白质神经纤维束。

水份子在神经纤维长轴方向上扩大运动相对自由，而在垂直于神经纤维长轴的方向上，水份子的扩大运动将明显受到细胞膜和髓鞘的限制。

二、 DWI 的原理 1.以 SE-EPI 序列来介绍 DWI 的基本原理。

射频脉冲使体素内质子的相位一致，射频脉冲关闭后，由于组织的 T2 弛 XX 和主磁场不匀称将造成质子渐渐失相位，从而造成宏观横向磁化矢量的衰减。

MRI新技术在中枢神经系统疾病中的临床应用【摘要】磁共振的技术进步已经取得了解剖结构的高分辨率成像，并且提供了评价组织的生理和功能的方法。

磁共振成像提供了无创、无辐射的研究人类大脑生理学的方式。

利用这些新的成像方法，我们可以对疾病作出更具体的诊断，以及预测和评估疾病治疗后的反应。

本文对磁共振较新的技术DWI、MRS、SWI在中枢神经系统疾病中的应用作一综述。

【关键词】磁共振成像；弥散加权成像；磁共振波普；磁敏感加权成像神经影像学已经从单纯提供组织解剖信息发展到提供组织的病理生理变化，整合了功能、血液动力学、代谢、细胞、和细胞结构的改建。

神经影像学已经发展成为一个综合性的诊断工具，在疾病诊断，监测和评估疗效和患者的预后方面发挥了重要作用。

本文就磁共振较新的技术DWI、MRS、SWI在中枢神经系统疾病中的应用作一综述。

1弥散加权成像 (diffusion weighted imaging，DWI)1.1DWI基本原理:DWI是在分子水平上无创地反映活体组织中水分子的微观扩散运动，是目前唯一能够检测活体内水分子弥散运动的功能性成像。

水分子在敏感梯度场方向上扩散越自由，则组织的信号衰减越明显。

反之，在 DWI 上组织的信号衰减越明显则提示其中的水分子在梯度场方向上扩散越自由。

DWI 通过测量施加扩散敏感梯度场前后组织发生的信号强度变化，来检测组织中水分子扩散状态（自由度及方向），后者可间接反映组织微观结构特点及其变化。

组织含水量丰富、微循环灌注水平较高及细胞外间隙较大者，弥散受限程度较轻， ADC值较高，DWI信号较低；细胞密度大而细胞外间隙少，水分弥散受限，ADC值降低，DWI信号较高[1]。

1.2DWI临床应用:DWI的弥散敏感度用b值来表示， b值的选择可以影响ADC值的大小、准确性及DWI的图像质量。

在使用较小b值时，DWI图像质量较好，图像变形及伪影较少，但ADC值的准确性较差，且受到组织微循环灌注的影响较大。

头颅磁共振DWI高信号的解读（1）磁共振（MRI）的弥散加权成像（DWI）是通过施加梯度脉冲观察细胞内外水分子跨细胞膜移动（即水分子扩散运动引起的信号变化）并以图像显示的成像技术。

DWI序列发明于上世纪90年代，被应用于神经系统疾病和其它系统疾病的影像诊断和鉴别诊断。

经过20余年的发展，我们对于DWI的应用和认知也越来越成熟。

本文主要列举磁共振DWI序列在中枢神经系统疾病的应用。

说到DWI序列，不得不提著名植物学家罗伯特·布朗（Robert·Brown），布朗对物理学的贡献是发现了著名的布朗运动。

1827年布朗在用显微镜观察悬浮在水中的花粉颗粒时，发现花粉颗粒在水中不停地作无规则运动。

自由水分子不停的随机运动，即布朗运动，因此，自由水的弥散是不受限制的。

相反，细胞微环境内的水分子运动被包括细胞壁、细胞膜和细胞器在内的细胞分隔间的相互作用所阻碍，而在不同的组织中，水分子的弥散情况不同，通过特定的运动敏感序列，DWI凸显出了这种弥散对比。

图1. 布朗与布朗运动DWI序列上的高信号包括两种原因，一种是真性弥散受限，对应的ADC值降低；另一种是假性弥散受限，对应ADC值不降低，主要是因为T2透射效应。

真正弥散受限的病理生理机制主要包括三大类：一是细胞毒性水肿，二是细胞密集度与核浆比的增加，三是液体的粘稠度增高。

图2. 弥散受限原理T2透射效应是由于T2的延长导致的DWI的高信号，其对应ADC 值不降低。

因此DWI上的高信号病灶可能反应了强T2透射效应，而不是真正的弥散受限（图3）。

磁共振DWI高信号常见于脑梗死、脑脓肿、脑肿瘤等神经系统疾病，也见于脱髓鞘疾病、代谢中毒性疾病、CJD等。

图3. T2透射效应（多发性硬化患者）一、脑梗死急性脑梗死是神经内科最常见的疾病，DWI序列是诊断脑梗死的重要影像方法。

在脑梗死最初几分钟内，脑组织能量代谢受到破坏，Na+-K+/ATP酶和其他离子泵发生衰竭，使细胞内外的离子失去平衡，大量的细胞外水进入到细胞内，形成细胞毒性水肿。