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磁共振（MRI）的彌散加權(quán)成像（DWI）是通過施加梯度脈沖觀察細(xì)胞內(nèi)外水分子跨細(xì)胞膜移動（即水分子擴散運動引起的信號變化）并以圖像顯示的成像技術(shù)。DWI序列發(fā)明于上世紀(jì)90年代，被應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病和其它系統(tǒng)疾病的影像診斷和鑒別診斷。經(jīng)過20余年的發(fā)展，我們對于DWI的應(yīng)用和認(rèn)知也越來越成熟。本文主要列舉磁共振DWI序列在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用。
說到DWI序列，不得不提著名植物學(xué)家羅伯特·布朗（Robert·Brown），布朗對物理學(xué)的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了著名的布朗運動。1827年布朗在用顯微鏡觀察懸浮在水中的花粉顆粒時，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒在水中不停地作無規(guī)則運動。自由水分子不停的隨機運動，即布朗運動，因此，自由水的彌散是不受限制的。相反，細(xì)胞微環(huán)境內(nèi)的水分子運動被包括細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞器在內(nèi)的細(xì)胞分隔間的相互作用所阻礙，而在不同的組織中，水分子的彌散情況不同，通過特定的運動敏感序列，DWI凸顯出了這種彌散對比。
圖1. 布朗與布朗運動
DWI序列上的高信號包括兩種原因，一種是真性彌散受限，對應(yīng)的ADC值降低；另一種是假性彌散受限，對應(yīng)ADC值不降低，主要是因為T2透射效應(yīng)。真正彌散受限的病理生理機制主要包括三大類：一是細(xì)胞毒性水腫，二是細(xì)胞密集度與核漿比的增加，三是液體的粘稠度增高。 圖2. 彌散受限原理
T2透射效應(yīng)是由于T2的延長導(dǎo)致的DWI的高信號，其對應(yīng)ADC值不降低。因此DWI上的高信號病灶可能反應(yīng)了強T2透射效應(yīng)，而不是真正的彌散受限（圖3）。磁共振DWI高信號常見于腦梗死、腦膿腫、腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病，也見于脫髓鞘疾病、代謝中毒性疾病、CJD等。
圖3. T2透射效應(yīng)（多發(fā)性硬化患者）
一、腦梗死 急性腦梗死是神經(jīng)內(nèi)科最常見的疾病，DWI序列是診斷腦梗死的重要影像方法。在腦梗死最初幾分鐘內(nèi)，腦組織能量代謝受到破壞，Na+-K+/ATP酶和其他離子泵發(fā)生衰竭，使細(xì)胞內(nèi)外的離子失去平衡，大量的細(xì)胞外水進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，形成細(xì)胞毒性水腫。整個梗死區(qū)的含水量并未增加，只是細(xì)胞內(nèi)、外的含水量發(fā)生了變化。此時，CT、T2WI、T1WI和FLAIR都不能顯示病灶，只在能顯示水分子彌散運動的DWI才能顯示病灶。
圖4. 腦梗死MRI表現(xiàn)（發(fā)病2小時）
細(xì)胞毒性水腫，細(xì)胞內(nèi)水分子增加，引起細(xì)胞腫脹，造成細(xì)胞外間隙變小，細(xì)胞外水分子減少，細(xì)胞外間隙扭曲變形，梗死區(qū)水分子彌散運動減低，ADC值變小，DWI顯示為高信號，ADC圖顯示為低信號。最早在30分鐘內(nèi)即可顯示DWI高信號。隨著時間的延長，DWI信號逐漸減低。
圖5.腦梗死DWI信號的演變 二、腦膿腫 在此先放兩張環(huán)形強化的圖，大家可以猜猜那那個是腦膿腫，哪個是腦腫瘤。 圖6. 環(huán)形強化病灶對比
DWI序列是鑒別腦膿腫與高級別膠質(zhì)瘤、轉(zhuǎn)移瘤等良好手段。對于上圖兩個病例，其實加做一個DWI序列的話，就很好區(qū)分。左圖患者DWI明顯高信號，ADC圖低信號，是腦膿腫；右圖患者DWI低信號，ADC圖高信號，是腦腫瘤。 圖7. 環(huán)形強化對比（腦膿腫vs 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤）
腦膿腫主要是血源性感染，額、頂葉最常見，后顱窩小于15%，多位于灰白質(zhì)交界處。一般為單發(fā)，多發(fā)少見（免疫抑制狀態(tài)多見）。膿液表現(xiàn)為長T1長T2，FLAIR低信號，DWI高信號，ADC低信號；膿壁則包含了纖維成分，T1呈等/稍高信號，T2等/稍低信號，均勻環(huán)形強化（較光滑，深部薄，淺部厚）；可以有子灶（衛(wèi)星灶），破裂后形成小膿腫。膿腫壁光滑程度：化膿性＞結(jié)核性＞真菌性。DWI均勻程度：化膿性、結(jié)核性較均勻，真菌性較不均勻。臨床上有時較難與轉(zhuǎn)移瘤等疾病鑒別。
圖8. 腦膿腫（彌散受限）
三、腦腫瘤 腦腫瘤的DWI信號主要取決于ADC值（細(xì)胞密度）與T2信號。低ADC值反應(yīng)了高細(xì)胞密度、高核漿比和減少的細(xì)胞外間隙；高ADC值反應(yīng)了低細(xì)胞密度、低細(xì)胞核漿比和增多的細(xì)胞外基質(zhì)（如圖9）。高級別膠質(zhì)瘤（包括間變性膠質(zhì)瘤、間變性少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等）、淋巴瘤、轉(zhuǎn)移瘤、髓母細(xì)胞瘤、中樞神經(jīng)細(xì)胞瘤、原始神經(jīng)外胚層腫瘤PNET等腦腫瘤，通常表現(xiàn)為DWI高信號、低ADC值，即真正的彌散受限。相對ADC值比較：淋巴瘤＜高級別膠質(zhì)瘤＜轉(zhuǎn)移瘤。
圖9. 腦腫瘤細(xì)胞密度與ADC值的相關(guān)研究
對于膠質(zhì)瘤而言，低級別的膠質(zhì)瘤細(xì)胞密度稍低，其DWI呈等或稍高信號，高級別的膠質(zhì)瘤則細(xì)胞密度較高，其DWI呈高信號，ADC值降低。這不是絕對的，因為DWI高信號還包含了T2信號，因此，有些腫瘤DWI高信號部分同時包含ADC低信號（彌散受限的部分）和等/高信號（T2投射效應(yīng)的部分）。
圖10. 毛細(xì)胞星形細(xì)胞瘤（DWI等信號）
圖11. 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（DWI高、ADC低）
圖12. 肺癌腦轉(zhuǎn)移（DWI信號、ADC降低）
圖13. 淋巴瘤（腫瘤細(xì)胞密集，DWI高、ADC低）
圖14.髓母細(xì)胞瘤（DWI高、ADC低）
圖15.中樞神經(jīng)細(xì)胞瘤（腫瘤細(xì)胞密集，DWI高、ADC低） 不同疾病DWI高信號的機制不同，本文主要探討了腦梗死、腦膿腫和腦腫瘤的DWI高信號機制，腦梗死急性期主要因為細(xì)胞毒性水腫，腦膿腫主要因為膿液內(nèi)富含細(xì)菌、白細(xì)胞、纖維蛋白成分使得粘稠度增加，腦腫瘤則主要因為腫瘤細(xì)胞密集程度增加與核漿比的增加。后續(xù)文章會繼續(xù)探討脫髓鞘疾病等其它神經(jīng)科疾病的DWI表現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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