小專題 | 磁共振擴散加權成像(DWI)基本原理及中樞神經系統應用綜述(下）

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導語

顱內囊性病變主要包括先天性囊性病變、感染性病變及囊變-壞死性腫瘤。根據囊液性質不同又可分為囊液類似於腦脊液或漿液的囊性病變、囊液中以含蛋白或黏液為主的囊性病變、以含角蛋白和膽固醇為主的囊性病變、含細胞壞死物為主的囊性病變。不同病變之間的病理特徵相同或相近，但囊液性質不同，有的病理特徵不同但囊液性質相似或相同。因此，顱內囊性病變在DWI上的表現多樣，而不同病理特徵的囊性病變的DWI的表現也存在重疊。而不同類型囊性病變的臨床治療原則及選擇的手術方式明顯不同，因此鑒別診斷尤為重要。由於此類病變在MRI上一般呈長T1、長T2信號，有部分病變常規MRI鑒別困難。由於不同囊性病變的病理過程不同，囊液理化性質存在差異，因此囊液中水分子微觀運動狀態不同，DWI正是通過反映生物組織中水分子的微觀變化對病變進行定性診斷，因此，DWI對囊性病變具有較高的診斷及鑒別診斷價值。

顱內囊性病變的共同特點是囊液內水分子大量聚集，而且不同種類的囊性病變囊液理化性質不同，造成水分子的擴散程度不同，DWI上反映的信號強度亦不同，因此，DWI可對不同類型的囊性病變進行診斷及鑒別。

類似於腦脊液的囊性病變的DWI信號特點

主要包括蛛網膜囊腫、神經上皮囊腫(脈絡叢囊腫、室管膜囊腫、脈絡膜裂囊腫)、穿通畸形囊腫等。此類囊腫囊液性質類似於腦脊液，腦脊液的特點是含有大量水分，略帶黏性，總蛋白含量低、細胞數少，不含黏蛋白，類似於血漿和淋巴液。因此，此類囊性病變囊液中水分子的運動在各個方向上相對自由，其ADC值與腦脊液的相近，於DWI上呈低信號，但當合併出血、高蛋白內容物或流動變緩(蛛網膜囊腫)時，MRI信號將變複雜。穿通畸形囊腫由於與蛛網膜下腔或腦室系統相通，其ADC值與腦脊液一致，於DWI上呈低信號。總之此類病變均呈長T1、長T2信號，DWI上均呈低信號，僅挔據信號特點鑒別困難，但根據其發生部位不同可予以鑒別，如脈絡膜裂囊腫，病變位於脈絡膜裂走行區

以蛋白為主的囊性病變的DWI信號特點

主要包括膠樣囊腫、Rathke裂囊腫、腸源性囊腫等。膠樣囊腫內容物由上皮分泌和裂解產物慢慢聚集而成，囊內充滿黃綠色黏稠的凝膠狀物質，其內富含黏蛋白，還含有血紅蛋白衍生物、泡沫細胞及膽固醇結晶等，其囊內水分子擴散受到一定的限制，其DWI信號強度要高於以含腦脊液為主的囊性病變，ADC值降低；Rathke裂囊腫囊液為白色黏液樣或膠凍狀，部分為草黃色清亮液體，囊液中主要含蛋白質及黏多糖，也可見陳舊性出血、膽固醇結晶或脫落皮屑等，於DWI上呈低信號；腸源性囊腫的內容物性質多樣，可以為均質漿液、清亮的水樣液體、也可為膠凍狀物，其內主要含有黏蛋白，擴散不受限或輕度受限，受限程度與其內蛋白質含量有關，於DWI上呈低信號。故根據此類病變的DWI信號特點對其進行鑒別診斷存在困難，但其發生部位明顯不同，可依此進行鑒別診斷。膠樣囊腫好發於室間孔區，發生部位是其診斷的主要依據；Rathke裂囊腫多位於鞍內及鞍上；腸源性囊腫常位於后顱窩，腦幹的前方。

以含角蛋白和膽固醇為主的囊性病變

主要為表皮樣囊腫，其內含有豐富的角蛋白及膽固醇，於DWI上呈高信號。表皮樣囊腫的形成是由於鱗狀上皮脫屑於囊內，多數囊內主要成分為固態膽固醇結晶和角化蛋白，少數囊內含有液態膽固醇及甘油三酯等純脂肪成分，另外還可見角質碎屑及其他類脂成分等，有的囊腫內還可見鈣鹽沉著，少數病灶內可見新舊不一的出血和反應性肉芽組織增生，其內不存在通常意義上的「囊液」，其ADC值一般低於蛛網膜囊腫的平均ADC值，高於正常腦組織的平均ADC值，但於DWI上呈明顯高信號，其原因除可能與水分子擴散受限有關外T2透射效應也起重要作用。表皮樣囊腫好發於橋小腦角區，根據其信號特點形態一般可以診斷。

顱內感染性囊性病變的DWI信號特點

按感染的病原微生物的不同可分為化膿菌感染、結核菌感染、寄生蟲感染、真菌感染及原蟲感染等，較常見的為前三者。化膿菌感染后形成腦膿腫的DWI信號特點不再贅述。顱內結核菌感染后，結核灶內部分組織液化壞死而形成結核性腦膿腫，於DWI上呈明顯高信號，其ADC值與多數腦膿腫的相一致，診斷結核性腦膿腫要結合相關的病史和實驗室檢查，該病相對少見；寄生蟲感染主要為囊蟲和包蟲，在蟲體死亡后囊膜失去調節水分及滲透壓變化的功能，由於存在內外滲透壓差，囊周水分進入囊內形成囊性病變，囊液中的水分子運動相對自由，於DWI上呈低信號，腦寄生蟲感染具有相關的病史，見頭節或囊內囊有助診斷。

國內外的研究表明，影響腫瘤組織內水分子擴散的主要因素為細胞密度、核質比、細胞膜通透性、細胞外間隙以及擴散介質的黏滯性等。通過DWI觀察腫瘤內水分子擴散差異可以對膠質瘤進行分級，也有助於良、惡性腫瘤的鑒別。李茂等對56例腦星形細胞腫瘤進行擴散加權成像(DWI)檢查，分別測量腫瘤實質部分、瘤周水腫區、瘤周T2WI表現正常白質區(瘤周白質區)、瘤體鏡面對側正常白質區及瘤周鏡面對側正常白質區的表觀擴散係數(ADC)值和指數擴散係數(EDC)值，並計算腫瘤實質部分、瘤周水腫區、瘤周白質區的相對錶觀擴散係數(rADC)值和相對指數擴散係數(rEDC)值，分析各測量區的擴散係數值與腫瘤病理學分級的關係。結果顯示56例腦星形細胞腫瘤經手術病理證實腫瘤實質部分的擴散係數值對腦星形細胞腫瘤的病理學分級準確性較高，尤以rADC值為佳。

對於囊變的腫瘤，由於不同顱內腫瘤其囊性部分的形成機制不同，其囊液性質亦不同。有些腫瘤的囊性部分囊液以細胞壞死物為主，有的則以漿液或黏液為主，還有的富含蛋白質和膽固醇，造成其囊性部分的DWI信號表現不同。以細胞壞死物為主要囊液成分的囊性病變主要指惡性腫瘤的囊性部分，包括高級別星形細胞瘤和囊性轉移瘤。一般是由於腫瘤生長迅速、局部缺血壞死造成，但也有作者認為其形成與血腦屏障破壞血漿滲出有關，亦有認為與腫瘤的新生血管通透性較高有關。儘管對其形成機制存在分歧，但此類囊性病變囊液清亮、黏滯度低、水分子擴散受限程度低、ADC值較高（比膿液高4-10倍），於DWI上呈低信號。但囊性轉移瘤於DWI上呈高信號的病例亦有報道。當DWI上呈多發的高信號囊性佔位時，腦膿腫與囊性轉移瘤的鑒別有時困難，需密切結合病史。高級別星形細胞瘤和囊性轉移瘤間的鑒別診斷較容易。

低級別神經上皮腫瘤(Ⅰ、Ⅱ級)中易發生囊變的腫瘤的囊性部分的形成機制和囊液的成分研究較少。一種主要的觀點認為可能是由於腫瘤細胞發生黏液變性，或部分發生囊變壞死而造成的。儘管其囊性部分形成機制不同，但於DWI上多呈低信號。

部分顱內腦外的良性腫瘤及腦膜起源的腫瘤內也可見囊性區，如垂體腺瘤、神經鞘瘤、腦膜瘤、顱咽管瘤、血管母細胞瘤等，由於其囊性部分的形成機制、內容物的性質不同，於DWI上一般呈低或等信號，當伴有囊內出血時，DWI信號發生相應的變化，其信號表現與出血量、血紅蛋白衍生物的含量密切相關。此類病變根據其發生的部位及影像學表現，一般可以診斷。

研究發現，非典型惡性腦膜瘤的平均ADC值比正常腦組織的低，在DWI上為高信號；良性腦膜瘤的平均ADC值比正常腦組織的高，大多數在DWI和ADC圖上為等信號，利用DWI和ADC值在鑒別良性、非典型性和惡性腦膜瘤及指導臨床制定手術方案方面，有重要參考意義。

張勁松等認為由於轉移瘤的迅速膨脹，會在瘤周壓迫形成一個「緻密帶」，從而阻礙水分子的擴散過程，而高分化膠質瘤由於生長相對緩慢而使瘤周組織逐漸適應壓迫，不易形成明顯的「緻密帶」。利用DWI的優勢，通過檢測「緻密帶」的是否存在或程度大小，應當可以進行二者的鑒別診斷。高分化膠質瘤的瘤周帶組織的ADC值確實較轉移瘤瘤周帶明顯增高。正是由於高分化膠質瘤和轉移瘤之間的瘤周細胞排列的緊密程度和瘤周壓迫效應均存在明顯的差別(轉移瘤瘤周具有更明顯的壓迫效應和更緊密的排列)，因而DWI能夠成為二者的鑒別手段。當然，這不是絕對的。需要說明的是瘤周緻密帶和瘤周水腫帶概念不同，後者主要是由於血管源性水腫形成，其病理基礎與DWI影像表現均與前者不同。

放射性壞死是組織細胞物理損傷導致的壞死。其壞死囊液的特點與惡性腫瘤發生的壞死類似，壞死灶內含有大量水分和少量的細胞碎屑。通常放射性壞死的ADC值較高，於DWI上呈低信號；但也有ADC降低，DWI上呈高信號的病例報道，其原因不明，可能與病變發生無菌性液化壞死併產生黏蛋白使其黏滯度增加有關。

瀰漫性軸索損傷(diffuse axonalinjury，DAI)又稱腦白質剪切傷，腦組織受到剪切力后引起以腦內軸索廣泛水腫、撕裂以及軸索并行小血管破裂為特徵的一種嚴重的一種創傷性腦損傷。隨著交通傷特別是高速交通傷而增多。

DWI在腦外傷早期發現繼發性腦缺血也很敏感，Albensi等建立DAI鼠模型發現DWI在傷后二小時就可發現病灶，其敏感性強於常規SE序列，Pamela等也證明了DWI與損傷數量及改良Rankin積分有很強的相關性，並且改良Rankin積分在損傷體積和臨床癥狀的相關參數比GCS積分的相關性強，這是因為：1、DAI大多數具有水擴散的特點，2、DWI易受磁化的影響。因此可以更好地描繪血管損傷，特別是在FLAIR、SET2WI、GRE顯示「正常」時，DWI更有診斷意義，並且比其他可顯示更多的損傷病灶。Ezaki等研究發現DWI檢測DAI損傷數量僅占損傷數量總數的32%，但他可顯示T2*WI及FLAIR上不能顯示的損傷區域。即使DWI不能顯示出所有的損傷部位，但它對於診斷及評估病情很有幫助。ADC的變化是細胞內水自穩態的反映，是離子平衡與否的敏感標誌，ADC值作為定量參數可以測定腦實質的水擴散率，動物實驗中發現，動物腦內血管閉塞10min～2h即可在ADC圖上發現異常信號，傷后1h到7周DAI病灶的ADC值均下降，出血性病灶的比非出血性的明顯降低，並且ADC值的下降程度與損傷有一定的相關性，ADC值評分與昏迷時間呈正比關係，ADC圖可以顯示常規序列不能顯示的DAI損傷區域。另外可根據成人腦深部灰白質區損傷的情況估計預后。DWI比常規MRI能更早更準確地顯示DAI病灶的信號改變，而且通過軟體處理形成的ADC圖可定量測定腦組織ADC的變化，故DWI對DAI的早期診斷具有重要價值。

DWI不僅在中樞神經系統，在肝臟、前列腺、乳腺等疾病的診斷與鑒別診斷方面，DWI也有著廣闊的應用前景。隨著梯度磁場的發展，更高的梯度場強及更快的切換率使高b值DWI影像質量顯著提高，不但保證了DWI的敏感性，且SNR較高。DWI在體部的應用隨著平面回波（EPI）、靈敏度編碼（SENSE）、集成并行成像（iPAT）等MRI快速成像技術的發展，成像質量顯著提高。Takahara等於2004年利用Philips公司的MR設備首次將DWI與短反轉時間反轉恢復（short-T1 inversion recovery，STIR）及EPI等技術相結合進行三維全身擴散加權成像，即背景抑制全身擴散加權成像（diffusion weighted whole body imaging with background body signal suppression，DWIBS）。隨後Siemens公司及GE公司也相繼開發了全身擴散加權成像軟體，使此技術逐漸應用於臨床。全身擴散加權成像是傳統DWI應用的一個延伸，它克服了以往體部DWI必須在屏氣條件下進行、成像範圍有限、SNR和空間分辨力較低的缺點，可以在自由呼吸狀態下完成薄層、無間隔、大範圍成像，並得到高SNR、高解析度和高對比度的影像。全身擴散加權成像抑制正常背景組織信號，可用於全身良、惡性腫瘤的篩查及鑒別，評估腫瘤的原發灶、遠處轉移、淋巴結浸潤以及術后複發，也可用於腫瘤放、化療后的隨訪檢查。

隨著高場強及超高場強MR設備逐漸投入臨床使用，更高的場強及磁場均勻性使大FOV脂肪抑制更為均勻，為DWIBS提供良好的背景抑制，病變與背景對比度更高；較高的梯度場強度及梯度切換率可以提高成像速度，最大程度縮短回波時間，提高圖像SNR；良好的梯度場線性使圖像幾何變形小，保證均勻b值，使得ADC值的定量測量結果更為可靠；全身大範圍成像可以發現遠隔病變，有利於腫瘤分期及預后判斷。DWIBS――類PET技術日益成熟，與PET/CT相比其價格低廉，無需回旋加速器等價格昂貴的設備，性價比更高；檢查更方便快捷。