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让学习成为一种好习惯  弥散加权成像（diffusion weighted image，DWI）能够反映组织间水分子弥散情况的对比，是目前颅脑MR成像最常用的序列之一。该序列的特点是成像速度快，对很多疾病的诊断都能起到非常重要的作用。本文简单阐述DWI形成的原理以及常见的临床应用。 一、弥散 弥散（diffusion）是一种物理现象，是指水分子随机杂乱无章的运动。正常脑脊液中的水分子状态接近自由水，可以自由运动而无所限制（图1）。一些特殊的病理生理过程会影响水分子的自由运动（比如细胞毒性水肿），这称之为弥散受限（图2）。组织是否有弥散受限可以通过DWI序列检测出来，其在DWI和ADC图上的相应信号会改变。目前，DWI是唯一一个可以在活体上无创测量水分子弥散运动的功能成像序列。 二、DWI序列 DWI（Diffusion Weighted Imagin, DWI）在中枢神经系统中的应用最为成熟，对于超急性期脑梗死的检测具有高度特异性。DWI序列是在传统序列的基础上加一个“运动敏感梯度场”。我们可以用自旋回波（SE-EPI）序列，也可以用梯度回波（GRE-EPI）序列上加一个“运动敏感梯度场”。其中，以SE-EPI应用较多。该序列本身的特性决定了扫描出来的图像上有一定的T2权重。DWI序列能够显示出不同组织因为水分子弥散速度不同而导致的信号差异。 1.DWI序列的基本原理：水分子中的氢质子受到扩散敏感梯度场的影响，不同部位的质子产生不同的共振频率，以致水分子中氢质子的进动相位不一致(失相位)，从而在DWI上出现信号衰减。而水分子弥散运动减弱的区域(如缺血区)无信号的衰减而呈高信号，在ADC图上为低信号区(ADC值降低)。生理机制尚不完全清楚，但可能存在的机制是： （1）脑缺血时发生的一系列病理生理变化导致细胞外水分子进入细胞内，产生细胞毒性水肿，细胞内水分子由于受到细胞膜、细胞器等水分子结构的限制，与细胞外水分子相比，其弥散降低； （2）缺血时细胞内大分子物质分解，黏稠度增加导致细胞内水分子弥散降低； （3）由于细胞外水分子进入细胞内，细胞外间隙变窄、迂曲，弥散降低。随着缺血的发展，大约在4h-6h后发生血管源性脑水肿，同时脑细胞发生坏死，使细胞外水分增多。此时在常规T2WI和FLAIR上也可出现高信号，进一步发展，则能在CT上表现为低密度灶。 2.DWI序列中b的值 在DWI序列，有一个重要的要参数的b。b 表示扩散敏感因子。b值越大，水分子弥散的情况对图像的影响就越大。虽然b值越大，图像中弥散的对比信息会越多，但是高b值会降低图像的信噪比。b值越小，图像中反映水分子弥散的信息对比就越少，因此b值选择要适当。为了加深理解，我们以下图为例。在三个杯子盛了相同浓度的糖溶液，并把它们分别放置在不同的温度下，可以通过颜色的深浅观察到温度越高糖的溶解越多。而在DWI中b值就相当于温度。b值越高，分子扩散运动越剧烈，对于弥散受限的水分子失相位影响很小，信号衰减很小。因此，水分子弥散受限的区域呈高信号。但是，b值越大，图像的信噪比越低；b值越小，分子扩散运动越柔和，图像信噪比较高，但是对水分子的弥散受限检查不敏感。所以合理的b值对DWI成像十分重要。 图1 在三杯水中加了相同浓度的糖，并把它放置在不同温度下，观察溶液中糖的溶解度（以颜色的深浅表示溶液的溶解度）。 图2 在DWI序列中，b值越大得到图像的信噪比越低。但是越能反映组织内是否存在弥散受限的区域（由于这三个图不存在水分子弥散受限，无法反映）。 DWI扫描后，我们可以获得四组图像：b0图、b1000图、ADC图、eADC图（图3A—D）。其中，b0图和b1000图是原始图像，是扫描出来的。ADC图和eADC图不是原始图像，是工作站后处理出来的，不需专门花时间去扫描。ADC的意思是“表观弥散系数”，代表水分子的弥散程度。ADC图上为高信号，表示水分子弥散越自由；ADC图上为低信号，表示水分子弥散受限。如果一个病灶弥散受限，ADC值应该比较小，ADC图上就表现为低信号，而在DWI（b1000图）上却表现为高信号，与ADC图正好相反。eADC的意思是“指数化表观弥散系数”，eADC图类似ADC图的反转片——黑变白，白变黑。如果组织内水分子弥散受限，ADC值低，图像呈低信号。若周围组织也是低信号，肉眼不易直接分辨。为了使病灶区域与周围组织有明显对比，衍生出来eADC（虽然也可以参考DWI b1000）。 图3：A为b0图，B为b1000图，C为ADC图，D为eADC图。 由于b1000图代表T2WI＋组织的弥散信息。因此在b1000图像上有一个病灶显示为高信号，不代表该病灶弥散受限。因为该组织的T2WI高信号会导致b1000图像上对应的区域呈高信号。而不是真正的弥散受限导致的，这种情况称为“T2穿透效应”，如图4。 在b1000图像上有一个病灶显示为低信号，不代表该病灶弥散不受限。因为该组织的T2WI低信号会导致b1000图像上对应的区域呈低信号。而不是真正的自由弥散运动导致的，这种情况称为“T2暗化效应”，如图5。 图4：T2穿透效应。海洛因成瘾患者，A为常规T2WI，B为DWI（b1000），C为ADC图。双侧小脑半球白质对称性的T2WI高信号，DWI（b1000）也呈高信号，但ADC图为高信号，提示并没有弥散受限，因此DWI（b1000）的高信号不是由于真正的弥散受限引起的，而是因为病灶本身T2信号增高所致，这就是T2穿透效应。 图5：T2暗化效应。A为CT平扫，B为b0图，C为b1000图，D为ADC图。左侧大脑半球大片状脑实质出血，CT平扫为高密度，ADC图为低信号，提示弥散受限，但b1000并不表现为高信号，反而为低信号，原因就在于病灶在T2WI为极低信号（b0当做低配版T2WI看，该图其实为GRE成像的T2*WI），影响了b1000图的信号，此为暗化效应。 由于暗化效应或穿透效应导致b1000图像的信号不能真实反映水分子的弥散情况。因此，通过b1000与b0两个图，计算出各个组织的ADC值，从而得到ADC图。在ADC图上表现为低信号的区域肯定代表水分子弥散受限。 有人会有疑问？为什么不直接观察ADC图来判断组织是否存在弥散受限？这是因为ADC图上低信号或稍低信号容易与周围组织的低信号混淆。因此，为了确定病灶区域，一般先看DWI b1000或eADC上的信号，再联合ADC图的信号高低。 三、判别病灶是否有弥散受限 1、先看DWI b0即T2*图像是否存在异常信号。 2、再看b1000信号的高低还应考虑“穿透效应”和“暗化效应”。 3、以ADC图上的信号为准，还应结合 DWI b1000。 A、b1000高信号，ADC图低信号，提示弥散受限（图6、7）。 图6：弥散受限。左侧基底节区急性梗死病例，红色箭头所指为病灶。A图为b0图，B图为b1000图，C图为ADC图。病灶在b1000呈高信号，与ADC图低信号符合，表示急性梗死灶的弥散受限。 B、b1000低信号，ADC图高信号，提示弥散不受限（图6）。 图7：弥散受限与弥散不受限。A为b0图，B为b1000图，C为ADC图。左侧大脑半球红色圆圈内为陈旧梗死形成的软化灶，在b1000图为低信号，ADC图为高信号，因软化灶内水分接近自由水运动，因此弥散不受限。同时该病例中右侧大脑半球红色箭头所示两处斑片状异常信号为新发梗死灶，在b1000图为高信号，对应部位在ADC图为低信号，表现为弥散受限。 总结： 1.判别病灶是否有弥散受限 （1）先看DWI b0即T2*图像是否存在异常信号。 （2）再看b1000信号的高低还应考虑“穿透效应”和“暗化效应”。 （3）以ADC图上的信号为准，还应结合 DWI b1000。 2.如果b1000图是低信号，ADC图也是低信号，提示暗化效应和水分子弥散受限。 3.如果b1000图是高信号，ADC图也是高信号，提示穿透效应和水分子自由弥散。 4.如果b1000图是高信号，ADC图是低信号，提示水分子弥散受限。 5.eADC、ADC不是扫描出来，是通过图像后处理计算得到。 四、颅内病变弥散受限分几种情况，都分别有哪些疾病？ 一般来说，弥散受限，分以下四种情况： 1、细胞毒性水肿
图8：27岁女性，脸部自体脂肪填充后栓塞。A为b0图，B为b1000图，C为ADC图。栓塞导致的额顶叶急性梗死灶在b1000为高信号，ADC为低信号，代表细胞毒性水肿引起的弥散受限。 2、液体粘稠
图9：2岁女孩，右侧颞叶脑脓肿。A为b1000图，B为ADC图，C为b0图，D为T1WI增强。环形强化内部无强化区为脓腔，腔内液体混有细胞碎片、细菌、炎性细胞等，导致弥散受限，b1000图为高信号，ADC图为低信号。
图10：左侧环池表皮样囊肿。A为b0图，B为b1000图，C为ADC图。病灶在b1000上信号稍高于皮层，但明显高于脑脊液，ADC病灶无明显强化（未给图），提示为囊性病变，应该与脑脊液对比，ADC图上信号远低于脑脊液，提示弥散受限。 3、肿瘤细胞致密
图11：淋巴瘤。A到F依次为CT平扫、MR T2WI、T1WI增强、DWI b0、DWI b1000。右侧丘脑病灶在b1000图中信号明显高于皮层，提示弥散受限，这是因为肿瘤细胞致密所致。本例未给出ADC图（在实际临床工作中，一般不会每个病例都去看ADC图，此病例T2WI信号虽然比皮层稍高，但并不十分高，产生T2穿透效应的可能性较小，当然，确定还需ADC图）。
图12：低级别少突胶质细胞瘤。A为T2WI图，B为T1WI图，C为b1000图，D为ADC图。A:右侧大脑中部有一个信号高于皮层。B:T1WI图对应的区域呈现低信号。b1000图中信号明显高于皮层，ADC图中信号比脑脊液低，提示弥散受限。 参考资料 来自公众号：mMDT 医学影像 ---- 弥散加权成像（DWI）从原理到临床 |
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