DWIDTI的原理和臨床應(yīng)用

1、彌散加權(quán)成像彌散加權(quán)成像DWI 原理和臨床應(yīng)用原理和臨床應(yīng)用 MR彌散和張量成像彌散現(xiàn)象彌散現(xiàn)象 (Diffusion)水分子的熱運(yùn)動，即布朗運(yùn)動隨機(jī)和無規(guī)律人體組織大部分是水彌散系數(shù)彌散系數(shù) (Diffusion Coefficience, D)衡量水分子彌散的程度，彌散系數(shù)越大，水分子彌散的距離越大。組織的病變引起彌散系數(shù)的變化，用表觀彌散系數(shù)來表示。彌散現(xiàn)象 MR彌散和張量成像彌散的影響因素彌散的影響因素組織結(jié)構(gòu)生化特性溫度外加使局部組織運(yùn)動的因素彌散的測量彌散的測量生物、物理方法放射活性或熒光標(biāo)記核磁共振成像（目前在人體上進(jìn)行水分子目前在人體上進(jìn)行水分子彌散測量與成像的唯一方法彌散測量

2、與成像的唯一方法）彌散現(xiàn)象 MR彌散和張量成像成像原理成像原理基本脈沖序列：SE EPI磁共振彌散成像在原有脈沖序列的基礎(chǔ)上加上一對梯度脈沖，此梯度脈沖即水分子彌散的標(biāo)記物。彌散成像原理b =2G2 (/3 )b值是反映附加梯度場性值是反映附加梯度場性質(zhì)的參數(shù)質(zhì)的參數(shù) MR彌散和張量成像彌散加權(quán)成像中的彌散運(yùn)動彌散加權(quán)成像中的彌散運(yùn)動1234靜止水分子彌散水分子射頻場梯度場信號強(qiáng)度9001800彌散梯度場對水分子彌散程度決定了信號降低的程度，通過測量信號降低的程度反算彌散系數(shù)；水分子彌散程度決定了信號降低的程度，通過測量信號降低的程度反算彌散系數(shù)；反之，水分子彌散受限的程度決定了信號增高的程度

3、，通過測量信號降低的程度反算彌散系數(shù)；反之，水分子彌散受限的程度決定了信號增高的程度，通過測量信號降低的程度反算彌散系數(shù)； MR彌散和張量成像彌散圖像的影響因素ADC：表觀彌散系數(shù) T2WI, B=0 DWI, B=1000 MR彌散和張量成像彌散圖像的影響因素體內(nèi)各種因素的變化影響彌散運(yùn)動體內(nèi)各種因素的變化影響彌散運(yùn)動 呼吸、心跳、毛細(xì)血管灌注、組織結(jié)構(gòu)等呼吸、心跳、毛細(xì)血管灌注、組織結(jié)構(gòu)等T2透過效應(yīng)透過效應(yīng) （T2 shine through) 由于由于DWI圖像以圖像以SE-EPI序列掃描，含有不同程度的質(zhì)序列掃描，含有不同程度的質(zhì)子加權(quán)和子加權(quán)和T2成分，不能真正反映腦組織的彌散系數(shù)

4、成分，不能真正反映腦組織的彌散系數(shù)彌散圖像包含有彌散圖像包含有T2、質(zhì)子和彌散程度變化的綜合信息、質(zhì)子和彌散程度變化的綜合信息=&b=0 b=1000 ADCT2spin彌散彌散DWIADC：表觀彌散系數(shù) MR彌散和張量成像S0S*exp(-g2G2d2(D-d/3)D)=S0 * exp(- ) = SbADC9001800GGd dd dD彌散梯度場、彌散梯度場、b b值和值和ADCADC值值b=0b=1200 s/mm2 MR彌散和張量成像脈沖序列的選擇脈沖序列脈沖序列SE EPI彌散加權(quán)像：彌散加權(quán)像：信號的衰減與彌散系數(shù)有很好的相關(guān)性信號的衰減與彌散系數(shù)有很好的相關(guān)性GRE

5、EPI彌散加權(quán)像：彌散加權(quán)像：信號的衰減與彌散系數(shù)、組織的信號的衰減與彌散系數(shù)、組織的T1、T2時(shí)間、翻轉(zhuǎn)時(shí)間、翻轉(zhuǎn)角有關(guān)，很難測出彌散系數(shù)的精確值。角有關(guān)，很難測出彌散系數(shù)的精確值。GRE掃描很快，不能加載幅度大、時(shí)間過長的梯度掃描很快，不能加載幅度大、時(shí)間過長的梯度中樞神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用TE=70ms保證彌散加權(quán)像圖像的信噪比，保證彌散加權(quán)像圖像的信噪比，TE 應(yīng)等于應(yīng)等于 T2。在。在1.5T磁磁共振中，腦組織的共振中，腦組織的T2值最大為值最大為180-200ms。b=1000ZOOM線圈線圈相位校正，優(yōu)化相位校正，優(yōu)化TE選項(xiàng)，選項(xiàng)，Asset MR彌散和張量成像彌散加權(quán)成

6、像的應(yīng)用 病變組織彌散改變的病理基礎(chǔ)病變組織彌散改變的病理基礎(chǔ) 彌散加權(quán)成像在急性腦梗塞中的應(yīng)用和影像學(xué)表現(xiàn)彌散加權(quán)成像在急性腦梗塞中的應(yīng)用和影像學(xué)表現(xiàn) T2透過效應(yīng)透過效應(yīng)( T2 Shine Through) GE獨(dú)有的指數(shù)表觀彌散系數(shù)：獨(dú)有的指數(shù)表觀彌散系數(shù)：eADC 彌散加權(quán)成像在臨床上的應(yīng)用范圍彌散加權(quán)成像在臨床上的應(yīng)用范圍 MR彌散和張量成像彌散改變的病理基礎(chǔ)正常組織正常組織隨機(jī)運(yùn)動的水分子隨機(jī)運(yùn)動的水分子-低信號低信號細(xì)胞毒性水腫的組織細(xì)胞毒性水腫的組織運(yùn)動受限的水分子運(yùn)動受限的水分子-高信號高信號A B組織內(nèi)影響水分子彌散的因素組織內(nèi)影響水分子彌散的因素 細(xì)胞內(nèi)外的體積變化細(xì)胞

7、內(nèi)外的體積變化水分子通過細(xì)胞膜的滲透作用水分子通過細(xì)胞膜的滲透作用細(xì)胞外間隙形態(tài)的改變細(xì)胞外間隙形態(tài)的改變 MR彌散和張量成像彌散系統(tǒng)的正常范圍表觀彌散系統(tǒng)的正常范圍表觀彌散系統(tǒng)的正常范圍自由水的自由水的ADC值大約為值大約為 2.5x10-3mm2/s正常腦組織的正常腦組織的ADC值為值為 0.7-0.9x10-3mm2/s腦組織急性病變的腦組織急性病變的ADC值多為降低值多為降低腦組織亞急性或慢性病變的腦組織亞急性或慢性病變的ADC值多為升高值多為升高ADC異常變化的上下限為異常變化的上下限為 0.4x10-3mm2/s 2.5x10-3mm2/s MR彌散和張量成像急性腦梗塞彌散成像急性

8、腦梗塞的彌散表現(xiàn)急性腦梗塞的彌散表現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)缺血表現(xiàn)（細(xì)胞內(nèi)缺血表現(xiàn)（ 3 3小時(shí)小時(shí) ） ADCADC圖顯示異常降低圖顯示異常降低DWIDWI顯示異常高信號顯示異常高信號T2WIT2WI未見異常未見異常血腦屏障輕微破壞，間質(zhì)水腫（血腦屏障輕微破壞，間質(zhì)水腫（ 3 - 83 - 8小時(shí)小時(shí) ） ADCADC圖無變化，仍是降低圖無變化，仍是降低DWIDWI顯示異常信號的范圍增大顯示異常信號的范圍增大T2WIT2WI有范圍小于有范圍小于DWIDWI的異常信號的異常信號血腦屏障明顯破壞（血腦屏障明顯破壞（8 12 8 12 小時(shí)）小時(shí)） ADCADC圖顯示的異常降低輕度增高圖顯示的異常降低輕度增高 D

9、WIDWI顯示異常高信號顯示異常高信號T2WIT2WI與與DWIDWI顯示同樣的異常高信號顯示同樣的異常高信號血管源性水腫加重，間質(zhì)水腫明顯（血管源性水腫加重，間質(zhì)水腫明顯（1212小時(shí)以后）小時(shí)以后） ADCADC圖無變化圖無變化DWIDWI顯示異常高信號（面積無變化）顯示異常高信號（面積無變化）T2WIT2WI與與DWIDWI顯示同樣的異常高信號顯示同樣的異常高信號 MR彌散和張量成像急性腦梗塞彌散成像3535分鐘分鐘3 3小時(shí)小時(shí) MR彌散和張量成像7 7小時(shí)小時(shí) MR彌散和張量成像腦缺血的演變過程 ADC值下降A(chǔ)DC值升高1W 2W 3W 4W MR彌散和張量成像T2透過效應(yīng)透過效應(yīng)

10、Shine Through絕大多數(shù)動物實(shí)驗(yàn)及臨床病例表明絕大多數(shù)動物實(shí)驗(yàn)及臨床病例表明ADC的下降開始于梗死的下降開始于梗死后后5min，較正常低，較正常低35-60%隨后降低的隨后降低的ADC值逐漸升高，值逐漸升高，5-10天左右達(dá)到一假性正常天左右達(dá)到一假性正?；憩F(xiàn)化表現(xiàn)ADC值逐漸增加并高于正常值值逐漸增加并高于正常值 MR彌散和張量成像彌散圖像是多種因素綜合形成的對比度彌散圖像是多種因素綜合形成的對比度彌散圖像包含有彌散圖像包含有T2、質(zhì)子和、質(zhì)子和ADC值變化的綜合信息，我值變化的綜合信息，我們把們把T2及質(zhì)子的對比度在彌散圖像上反映的現(xiàn)象稱為透及質(zhì)子的對比度在彌散圖像上反映的現(xiàn)象

11、稱為透過效應(yīng)（過效應(yīng)（shine through)。Shine through 在梗死性病變發(fā)生一周左右，對彌散圖像在梗死性病變發(fā)生一周左右，對彌散圖像的對比度其主要作用。的對比度其主要作用。 急性腦梗死一周內(nèi)彌散圖像對比度的決定因素急性腦梗死一周內(nèi)彌散圖像對比度的決定因素T2透過效應(yīng)透過效應(yīng) Shine Through MR彌散和張量成像eADCeADC的應(yīng)用優(yōu)勢的應(yīng)用優(yōu)勢eADC = Sb=1000 / Sb=0eADC圖的信號對比度較圖的信號對比度較ADC圖高圖高病變部位的邊界顯示清晰病變部位的邊界顯示清晰應(yīng)用方便，病變的表現(xiàn)與應(yīng)用方便，病變的表現(xiàn)與DWI圖像一致，符合臨床觀察圖像一致，

12、符合臨床觀察習(xí)慣習(xí)慣GE引入獨(dú)特的引入獨(dú)特的eADC值概念值概念DWI ADC圖 eADC圖 MR彌散和張量成像彌散成像臨床應(yīng)用臨床病例臨床病例皮層梗死皮層梗死 MR彌散和張量成像臨床病例臨床病例陳舊瘢痕陳舊瘢痕T2FliarDWIT1+CADCeADC彌散成像其他臨床應(yīng)用 MR彌散和張量成像彌散成像臨床應(yīng)用彌散成像彌散成像DWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用急性超早期腦梗塞腫瘤，主要用于鑒別液化或含有液體的腫瘤膿腫囊腫腫瘤囊變癲癇Parkinson病等變性性疾病指導(dǎo)臨床治療 MR彌散和張量成像彌散成像臨床應(yīng)用彌散成像在乳腺中的應(yīng)用彌散成像在乳腺中的應(yīng)用惡性腫瘤的ADC均明顯降低良性

13、病變的ADC無明顯降低與MR增強(qiáng)掃描的效果一致彌散成像在腹部的應(yīng)用彌散成像在腹部的應(yīng)用不利因素：運(yùn)動，T2時(shí)間過短（50ms），SNR下降主要用于囊性病變的鑒別囊腫、血管瘤、膿腫、肝細(xì)胞癌測ADC圖時(shí)的b值差可以反應(yīng)實(shí)性腫瘤的血供 含水豐富的腎臟具有較高的ADC值 MR彌散和張量成像彌散成像其他臨床應(yīng)用eADCADC結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移彌散張量成像彌散張量成像DTI 原理和臨床應(yīng)用原理和臨床應(yīng)用 MR彌散和張量成像彌散運(yùn)動的方向性彌散的各向同性彌散的各向同性在均一狀態(tài)下，水分子彌散運(yùn)動在各個方向在均一狀態(tài)下，水分子彌散運(yùn)動在各個方向是相同的是相同的各方向彌散運(yùn)動的向量軌跡為球形各方向彌散運(yùn)動的向量軌跡

14、為球形彌散的各向異性彌散的各向異性在非均一狀態(tài)受屏障和生化特性的影響，水在非均一狀態(tài)受屏障和生化特性的影響，水分子彌散運(yùn)動在各個方向有差異分子彌散運(yùn)動在各個方向有差異各方向彌散運(yùn)動的向量軌跡為橢球形各方向彌散運(yùn)動的向量軌跡為橢球形 MR彌散和張量成像彌散運(yùn)動的方向性中樞神經(jīng)系統(tǒng)彌散運(yùn)動的各向異性中樞神經(jīng)系統(tǒng)彌散運(yùn)動的各向異性彌散運(yùn)動受本身組織生化特性的影響彌散運(yùn)動受本身組織生化特性的影響彌散運(yùn)動受到細(xì)胞外各種結(jié)構(gòu)的影響彌散運(yùn)動受到細(xì)胞外各種結(jié)構(gòu)的影響腦白質(zhì)纖維彌散運(yùn)動的各向異性腦白質(zhì)纖維彌散運(yùn)動的各向異性神經(jīng)元軸突的髓鞘和軸突的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)是影響彌散運(yùn)動的方向神經(jīng)元軸突的髓鞘和軸突的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)是

15、影響彌散運(yùn)動的方向垂直于神經(jīng)纖維走行方向的彌散受髓鞘和神經(jīng)束膜的限制垂直于神經(jīng)纖維走行方向的彌散受髓鞘和神經(jīng)束膜的限制平行于神經(jīng)纖維走行方向的彌散受軸突內(nèi)、線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、神經(jīng)絲平行于神經(jīng)纖維走行方向的彌散受軸突內(nèi)、線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、神經(jīng)絲等細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響等細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響水分子垂直于神經(jīng)纖水分子垂直于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動困難維走向的彌散運(yùn)動困難水分子平行于神經(jīng)纖水分子平行于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動容易維走向的彌散運(yùn)動容易 MR彌散和張量成像彌散運(yùn)動的方向性 MR彌散和張量成像彌散敏感梯度的方向性DWI脈沖序列在三個方向上施加彌散敏感梯度（上下，左右，前后）脈沖序列在三個方向上施加彌散敏感梯度（上

16、下，左右，前后）三套彌散圖像取其平均值，獲得各向同性彌散圖像三套彌散圖像取其平均值，獲得各向同性彌散圖像各向同性彌散圖像不包含彌散的方向信息各向同性彌散圖像不包含彌散的方向信息DWI圖像消除了各向異性的影響圖像消除了各向異性的影響DTI在多個方向上施加彌散敏感梯度，分別感受不同方向的彌散運(yùn)動，獲在多個方向上施加彌散敏感梯度，分別感受不同方向的彌散運(yùn)動，獲得不同彌散方向的多個彌散圖像得不同彌散方向的多個彌散圖像至少至少6個方向，最多個方向，最多55個方向，方向越多，感受到的彌散運(yùn)動方向越個方向，方向越多，感受到的彌散運(yùn)動方向越多多圖像后處理獲得彌散的各向異性圖像圖像后處理獲得彌散的各向異性圖像D

17、TI圖像突出強(qiáng)調(diào)彌散的各向異性，圖像的對比度反映了成像平面內(nèi)圖像突出強(qiáng)調(diào)彌散的各向異性，圖像的對比度反映了成像平面內(nèi)水分子彌散的各向異性水分子彌散的各向異性 MR彌散和張量成像彌散張量成像DTI圖像反映腦白質(zhì)纖維素的走行方向圖像反映腦白質(zhì)纖維素的走行方向垂直于神經(jīng)纖維走行方向的彌散困難垂直于神經(jīng)纖維走行方向的彌散困難平行于神經(jīng)纖維走行方向的彌散容易平行于神經(jīng)纖維走行方向的彌散容易DTI圖像反映了水分子在腦實(shí)質(zhì)空間內(nèi)向各個方向進(jìn)行彌散運(yùn)動的圖像反映了水分子在腦實(shí)質(zhì)空間內(nèi)向各個方向進(jìn)行彌散運(yùn)動的主導(dǎo)方向主導(dǎo)方向 MR彌散和張量成像DTI圖像各向異性的參數(shù)圖像各向異性的參數(shù)部分各向異性值（部分各向異

18、性值（FA）相對各向異性（相對各向異性（RA）容積率各向異性（容積率各向異性（VA）各向異性指數(shù)（各向異性指數(shù)（AI）彌散張量的本征值（彌散張量的本征值（E）彌散張量成像 MR彌散和張量成像彌散張量成像DTI成像參數(shù)成像參數(shù)高密度相控陣線圈，高高密度相控陣線圈，高SNRZOOM梯度線圈梯度線圈DW-EPI序列序列TR=2000，掃描時(shí)間與掃描層數(shù)之間的協(xié)調(diào)，掃描時(shí)間與掃描層數(shù)之間的協(xié)調(diào)TE=80msB=100025個方向個方向優(yōu)化優(yōu)化TE選項(xiàng)選項(xiàng)ASSET128X128，NEX=25mm層厚，層厚，0mm間距間距 MR彌散和張量成像臨床應(yīng)用腦發(fā)育腦發(fā)育腦發(fā)育，髓鞘形成的過程中，腦白質(zhì)腦發(fā)育，髓鞘形成的過程中，腦白質(zhì)FA值逐漸增加值逐漸增加衰老時(shí)，腦白質(zhì)衰老時(shí)，腦白質(zhì)FA值下降值下降腦梗塞腦梗塞早期腦梗塞，早期腦梗塞，ADC值下降