磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)在腦梗死診斷中的應(yīng)用

王 駿 劉小艷

磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)在腦梗死診斷中的應(yīng)用

王 駿①劉小艷②*

磁共振檢查已從過去單一的觀測生理、病理?xiàng)l件下的生物體解剖結(jié)構(gòu)以及形態(tài)學(xué)上的變化，發(fā)展到研究生物體功能與活動機(jī)制，并進(jìn)入到分子影像與功能性磁共振成像(fMRI)，而彌散加權(quán)磁共振成像技術(shù)(DWI)就是這其中之一，主要用于腦梗死的早期診斷。通過對磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)、DWI鑒別急性和非急性腦梗死的病理生理基礎(chǔ)、DWI檢查的時(shí)間價(jià)值的闡述，認(rèn)為應(yīng)用DWI區(qū)分急性和非急性腦梗死對臨床治療該疾病有著積極的意義，臨床醫(yī)師可以根據(jù)腦梗死的不同時(shí)期采取有針對性的治療方案，回避不安全的治療，避免不必要的具有風(fēng)險(xiǎn)性的治療方法。

磁共振；彌散加權(quán)成像；腦梗死

[First-author’s address] Department of Radiology, General Hospital of Nanjing Military Region, Nanjing 210002, China.

當(dāng)今的醫(yī)學(xué)磁共振已從過去單一的觀察生理、病理?xiàng)l件下的人體解剖結(jié)構(gòu)以及形態(tài)學(xué)上的改變，發(fā)展到研究人體功能與活動機(jī)制，并進(jìn)入到分子影像的階段。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)就是近年來頗受關(guān)注的課題之一，理論上講，以反映器官功能狀態(tài)為成像目的的磁共振成像技術(shù)都應(yīng)稱之為功能磁共振成像。當(dāng)前，臨床上已較為普遍使用的fMRI技術(shù)有磁共振灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging，PWI)技術(shù)、彌散加權(quán)成像(diffusion-weighed imaging，DWI)技術(shù)、磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)以及血氧水平依賴(blood oxygen level dependent，BOLD)MRI技術(shù)。而就腦功能成像技術(shù)而言，包括腦血流測定技術(shù)，如注射對比劑、PWI和BOLD成像；腦代謝測定技術(shù)，如1H和31P的位移成像；神經(jīng)纖維示蹤技術(shù)，如彌散張量和磁化轉(zhuǎn)移成像。而MAS、磁共振DWI、磁共振PWI可以從不同的角度了解人體器官的分子生物學(xué)和組織學(xué)相關(guān)信息，通過觀察其生理、病理和血供的改變，描述人體器官的功能狀態(tài)，為疾病的早診斷、早發(fā)現(xiàn)、早治療以及不典型疾病的鑒別診斷提供有力依據(jù)[1-9]。

MR的DWI是建立在MR流動效應(yīng)基礎(chǔ)上的成像顯示方法，DWI是在標(biāo)準(zhǔn)MRI脈沖序列上加入2個(gè)很強(qiáng)的快速切換的梯度脈沖進(jìn)行成像，其特點(diǎn)是以圖像來顯示水分子的布朗運(yùn)動，評價(jià)水分子中質(zhì)子的移動，在彌散成像時(shí)其信號強(qiáng)弱反映的是水分子彌散的速度，彌散快的結(jié)構(gòu)信號衰減大，呈低信號；彌散慢的結(jié)構(gòu)信號衰減小，呈高信號。DWI臨床作用是反映體內(nèi)微循環(huán)的情況，目前主要用于腦梗死的早期診斷，在超急性期即能發(fā)現(xiàn)腦梗死灶。

1 MR的DWI技術(shù)

DWI序列成像原理，DWI對水分子布朗運(yùn)動非常敏感，也就是將宏觀流動相位位移成像原理應(yīng)用于微觀水平的擴(kuò)散成像，是唯一能夠反映活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的成像技術(shù)[10]。活體組織的彌散受許多微循環(huán)因素的影響，如毛細(xì)血管灌注、體液的流動、細(xì)胞的滲透性等；同時(shí)，又受宏觀因素的影響，如呼吸、血管搏動、腸道蠕動等生理活動。在病理情況下，有兩種原因造成水的擴(kuò)散受限：①細(xì)胞水腫，細(xì)胞水腫后細(xì)胞間液減少，細(xì)胞內(nèi)水份增多，因而擴(kuò)散受限的水分子增多，水的整體擴(kuò)散速度慢于正常組織，主要見于急性腦梗死；②惡性腫瘤，惡性腫瘤細(xì)胞較正常細(xì)胞體積大，其細(xì)胞間液較正常少，二者結(jié)合細(xì)胞內(nèi)水份整體擴(kuò)散速度慢于正常組織。

回波平面成像(echo planar imaging，EPI)是目前最快的MR成像方法，在數(shù)十毫秒內(nèi)完成一幅圖像的信號采集，可基本“凍結(jié)”多數(shù)生理活動，減輕或消除其對DWI信號的影響。EPI-DWI序列在180o脈沖前后對稱施加2個(gè)沿層面選擇方向的運(yùn)動敏感梯度，即梯度脈沖，第1個(gè)梯度脈沖激發(fā)所有分子，第2個(gè)梯度脈沖激發(fā)靜止分子，通過信號相減即可得到運(yùn)動分子信號，以EPI方式讀取信號。使用STIR-EPI的DWI序列，即在傳統(tǒng)DWI序列的基礎(chǔ)上添加IR(翻轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖)，起到抑制部分短T1信號的作用。

DWI是在常規(guī)MRI序列的基礎(chǔ)上，在X軸、Y軸和Z軸3個(gè)互相垂直的方向上施加彌散敏感梯度，從而獲得反映體內(nèi)水分子彌散運(yùn)動狀況的MR圖像。所謂彌散敏感梯度是在常規(guī)序列中加入兩個(gè)巨大的、對稱的梯度脈沖。在DWI中以表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)描述組織中水分子彌散的快慢，并可得到ADC圖。將每個(gè)像素的ADC值進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算后即可得到DWI圖。

彌散方向、彌散敏感系數(shù)(b值)和采集矩陣的選擇是影響彌散效果的重要因素，是在DWI掃描時(shí)需要考慮的主要因素，當(dāng)b=0時(shí)則相當(dāng)于T2WI，無彌散效果，隨著b值的增高，彌散效果越好，顯示梗塞灶越清晰[11-12]。由于DWI成像時(shí)b值和梯度場場強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間、彌散效果密切相關(guān)，因此當(dāng)梯度場的持續(xù)時(shí)間和彌散時(shí)間一定時(shí)，b值越高，產(chǎn)生彌散梯度場越高，即彌散加權(quán)越強(qiáng)，反映水分子的彌散情況越好，對病灶顯示越清楚[13-14]。彌散全方向與單方向?qū)τ陲@示腦灰質(zhì)的梗塞灶效果一樣，但彌散全方向比單方向顯示腦白質(zhì)梗塞灶清晰。

2 DWI鑒別急性和非急性腦梗死的病理生理基礎(chǔ)

DWI是建立在MRI流動效應(yīng)基礎(chǔ)之上的成像方法，其特征是以圖像顯示水分子的布朗運(yùn)動，評價(jià)水分子中質(zhì)子的移動。其原理是在常規(guī)自旋回波成像序列的基礎(chǔ)上，在180o聚焦射頻脈沖前后各加上一個(gè)位置對稱、極性相反的梯度場。在梯度場作用下水分子彌散時(shí)，其中的質(zhì)子橫向磁化發(fā)生相位分散，能完全重聚，導(dǎo)致信號衰減。DWI的信號強(qiáng)弱或灰階的變化反映了水分子彌散的速度，彌散快的結(jié)構(gòu)信號衰減大，呈低信號(灰黑色)；彌散慢的結(jié)構(gòu)信號衰減小，呈高信號(白色)。水分子的流動擴(kuò)散是一種完全隨機(jī)的熱運(yùn)動，人體組織中存在各種各樣的屏蔽物，水分子的自由流動擴(kuò)散受到一定的影響。當(dāng)腦的某個(gè)區(qū)域血流阻斷，局部組織缺血、缺氧及能量代謝衰竭，使三羧酸循環(huán)中三磷酸腺苷(adenosine triphos phate，ATP)的生成量減少，酶的活性下降，導(dǎo)致Na+-K+泵功能失調(diào)，細(xì)胞內(nèi)外離子失衡，造成細(xì)胞外水分子減少，細(xì)胞內(nèi)水分子增加，導(dǎo)致細(xì)胞毒性水腫，此時(shí)細(xì)胞膜尚完整，流入細(xì)胞內(nèi)的水分子由于受細(xì)胞膜和細(xì)胞器等大分子結(jié)構(gòu)的阻礙其活動空間受限，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分子彌散速度下降；同時(shí)，由于細(xì)胞腫脹，細(xì)胞外間隙變小，水分子在細(xì)胞外間隙的活動受阻，導(dǎo)致細(xì)胞外水分子彌散速度下降，因此該缺血區(qū)域在DWI上表現(xiàn)為高信號。當(dāng)病程繼續(xù)發(fā)展，缺血區(qū)域的血腦屏障被破壞，血管內(nèi)血漿漏出進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)、外間隙，從而急性期血管源性水腫出現(xiàn)并逐漸加重，缺血組織的總含水量增加，T2WI出現(xiàn)高信號。但T2WI不能區(qū)分出此時(shí)梗塞灶中心與周圍尚處于毒性水腫階段的腫脹細(xì)胞，并且DWI的高信號包含了一定程度T2和質(zhì)子的影響。因此，DWI比T2WI顯示的高信號范圍更大，信號強(qiáng)度更強(qiáng)。在亞急性期及慢性期，由于腫脹的細(xì)胞大量破裂、溶解，導(dǎo)致限制性彌散減少，水分子自由彌散增加，加上嚴(yán)重的血管源性水腫使大量的血管內(nèi)水份進(jìn)入細(xì)胞外間隙，也導(dǎo)致彌散增加，隨著病程的發(fā)展，缺血組織在DWI上表現(xiàn)為高信號、等信號、混雜信號或低信號，而在常規(guī)的T1WI上為低信號，T2WI上為高信號。因此，可以通過DWI的信號演變規(guī)律來反映缺血腦組織細(xì)胞內(nèi)水腫、細(xì)胞破裂、血管源性水腫出現(xiàn)，最后組織壞死、液化的過程，可見DWI為急性和非急性腦梗死的鑒別診斷提供了可靠的依據(jù)[15-19]。

3 DWI檢查時(shí)間的價(jià)值

臨床上最實(shí)用的是急性期確定梗死部位，然而傳統(tǒng)CT掃描需在發(fā)病后24 h左右才能在缺血相對應(yīng)區(qū)域發(fā)現(xiàn)低密度灶，常規(guī)MRI的T2WI也需12 h左右才能發(fā)現(xiàn)病灶，且病灶范圍難以確定，而此時(shí)已錯(cuò)過了最佳治療時(shí)間窗。DWI是利用EPI加自旋回波(SE)所產(chǎn)生的一種特殊T2圖像，用于觀察水分子的彌散過程。水分子彌散正常時(shí)，其圖像顯示等信號，當(dāng)水分子彌散受限時(shí)，DWI上就會出現(xiàn)異常高信號。在腦梗死超急性期和急性期時(shí)，其病理改變使細(xì)胞外液中鈉離子、鈣離子和水流入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞腫脹、水分子彌散受限，形成細(xì)胞毒性水腫，DWI對其高度敏感，顯示為高信號區(qū)。

一般認(rèn)為溶栓治療的時(shí)間僅為起病后的3～6 h，因此稱之為：“時(shí)間就是腦子”。DWI診斷急性期腦梗死的靈敏度和特異度分別為88%～100%和86%～100%，對超急性期腦梗死的診斷價(jià)值遠(yuǎn)優(yōu)于CT和常規(guī)T2MRI，目前超急性和急性腦梗死的診斷和鑒別診斷中，DWI MRI已屬不可缺少的手段。

隨著缺血性腦卒中治療學(xué)的進(jìn)展，對其影像診斷提出了更高的要求。對疑有超急性和急性卒中的患者，以往僅要求確定是否為腦梗死，即排除腦出血等非缺血性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。然而，現(xiàn)在則進(jìn)一步要求了解缺血的程度、是否適合溶栓治療，以及血供受侵犯的區(qū)域在溶栓治療后其存活的程度。

從DWI的原理和腦梗死的病理生理基礎(chǔ)來看，對腦梗死或疑有腦梗死的患者增加1個(gè)只需37 s的DWI序列，這對患者的檢查具有重大意義。這不僅能夠及早發(fā)現(xiàn)腦梗死，還能夠及時(shí)區(qū)分腦梗死不同的進(jìn)展時(shí)期，對疾病的診治提供決定性的依據(jù)，對患者的治療和疾病的預(yù)后優(yōu)劣關(guān)系重大。因此，應(yīng)根據(jù)病情需要及時(shí)增加DWI序列的檢查，這不但不增加患者的負(fù)擔(dān)，還為診斷和治療提供了更多、更豐富、更有效的依據(jù)。

Burdette等[20]發(fā)現(xiàn)，腦梗死在24 h以內(nèi)，全部病例在DWI上均為高信號，在1～9 d內(nèi)有95%的病例為高信號，在10～14 d內(nèi)有60%的病例為高信號，14 d后高信號消失。有文獻(xiàn)報(bào)道，觀察ADC值和ADC圖來描述腦梗死演變過程中的DWI的信號變化，ADC值與DWI上信號呈相反關(guān)系：急性期ADC值下降，DWI上表現(xiàn)為高信號；亞急性期和慢性期ADC值逐漸下降，7～14 d恢復(fù)正常，之后ADC值逐漸增高，在DWI上相應(yīng)的表現(xiàn)為高信號、等信號、混雜信號或低信號[10]。表明急性和非急性腦梗死在DWI上信號有差異。急性和亞急性腦梗死在DWI上均為高信號，慢性腦梗死隨著病程的遷延在DWI上相應(yīng)的表現(xiàn)為等信號、混雜信號或低信號；而常規(guī)的T2WI上急性和非急性腦梗死為高信號，不利于區(qū)分腦梗死的不同發(fā)病時(shí)期，表明DWI結(jié)合常規(guī)T2WI可以區(qū)分急性和非急性腦梗死，而常規(guī)的T2WI無此能力。

綜上所述，應(yīng)用DWI區(qū)分急性和非急性腦梗死對臨床治療該疾病有著積極的意義，臨床醫(yī)生可以根據(jù)腦梗死的不同時(shí)期采取針對性的治療方案，回避不安全的治療，避免不必要的具有風(fēng)險(xiǎn)性的治療方法。

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Magnetic resonance diffusion weighted imaging in the diagnosis of cerebral infarction

/ WANG Jun, LIU Xiao-yan// China Medical Equipment,2014,11(10):89-91.

Magnetic resonance imaging has developed from a single observation of organisms’anatomy and the change of morphology under the physiological and pathological conditions to the study of biology function and activity mechanism. Furthermore, it has entered into the molecular imaging and functional magnetic resonance imaging (fMRI), and diffusion-weighed imaging (DWI) is one of them, which is mainly used in the early diagnosis of cerebral infraction. This article elaborates diffusion-weighed imaging,the identification of acute and non-acute cerebral infarction by DWI in physiological basis of pathogenesis and the time vale of DWI examination. The author holds the opinion that it is of great significance to distinguish between acute and non-acute cerebral infarction by using DWI and that clinicians may adopt targeted therapies according to the different periods of cerebral infarction in order to avoid unsafe and unnecessarily risky treatments.

Magnetic resonance; Diffusion weighted imaging; Cerebral infarction

1672-8270(2014)10-0089-03

R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.10.030

2014-05-22

①南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 江蘇 南京 210003

②南通大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 江蘇 南通 210016

*通訊作者：yingsong@sina.com

王駿，男，(1967- )，碩士，主管技師。南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，從事醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)的醫(yī)療、教學(xué)及科研等工作。