磁共振弥散加权成像技术在脑梗死诊断中的应用

王 骏 刘小艳

磁共振弥散加权成像技术在脑梗死诊断中的应用

王 骏①刘小艳②*

磁共振检查已从过去单一的观测生理、病理条件下的生物体解剖结构以及形态学上的变化，发展到研究生物体功能与活动机制，并进入到分子影像与功能性磁共振成像(fMRI)，而弥散加权磁共振成像技术(DWI)就是这其中之一，主要用于脑梗死的早期诊断。通过对磁共振弥散加权成像技术、DWI鉴别急性和非急性脑梗死的病理生理基础、DWI检查的时间价值的阐述，认为应用DWI区分急性和非急性脑梗死对临床治疗该疾病有着积极的意义，临床医师可以根据脑梗死的不同时期采取有针对性的治疗方案，回避不安全的治疗，避免不必要的具有风险性的治疗方法。

磁共振；弥散加权成像；脑梗死

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

当今的医学磁共振已从过去单一的观察生理、病理条件下的人体解剖结构以及形态学上的改变，发展到研究人体功能与活动机制，并进入到分子影像的阶段。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)就是近年来颇受关注的课题之一，理论上讲，以反映器官功能状态为成像目的的磁共振成像技术都应称之为功能磁共振成像。当前，临床上已较为普遍使用的fMRI技术有磁共振灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)技术、弥散加权成像(diffusion-weighed imaging，DWI)技术、磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)以及血氧水平依赖(blood oxygen level dependent，BOLD)MRI技术。而就脑功能成像技术而言，包括脑血流测定技术，如注射对比剂、PWI和BOLD成像；脑代谢测定技术，如1H和31P的位移成像；神经纤维示踪技术，如弥散张量和磁化转移成像。而MAS、磁共振DWI、磁共振PWI可以从不同的角度了解人体器官的分子生物学和组织学相关信息，通过观察其生理、病理和血供的改变，描述人体器官的功能状态，为疾病的早诊断、早发现、早治疗以及不典型疾病的鉴别诊断提供有力依据[1-9]。

MR的DWI是建立在MR流动效应基础上的成像显示方法，DWI是在标准MRI脉冲序列上加入2个很强的快速切换的梯度脉冲进行成像，其特点是以图像来显示水分子的布朗运动，评价水分子中质子的移动，在弥散成像时其信号强弱反映的是水分子弥散的速度，弥散快的结构信号衰减大，呈低信号；弥散慢的结构信号衰减小，呈高信号。DWI临床作用是反映体内微循环的情况，目前主要用于脑梗死的早期诊断，在超急性期即能发现脑梗死灶。

1 MR的DWI技术

DWI序列成像原理，DWI对水分子布朗运动非常敏感，也就是将宏观流动相位位移成像原理应用于微观水平的扩散成像，是唯一能够反映活体组织内水分子扩散运动的成像技术[10]。活体组织的弥散受许多微循环因素的影响，如毛细血管灌注、体液的流动、细胞的渗透性等；同时，又受宏观因素的影响，如呼吸、血管搏动、肠道蠕动等生理活动。在病理情况下，有两种原因造成水的扩散受限：①细胞水肿，细胞水肿后细胞间液减少，细胞内水份增多，因而扩散受限的水分子增多，水的整体扩散速度慢于正常组织，主要见于急性脑梗死；②恶性肿瘤，恶性肿瘤细胞较正常细胞体积大，其细胞间液较正常少，二者结合细胞内水份整体扩散速度慢于正常组织。

回波平面成像(echo planar imaging，EPI)是目前最快的MR成像方法，在数十毫秒内完成一幅图像的信号采集，可基本“冻结”多数生理活动，减轻或消除其对DWI信号的影响。EPI-DWI序列在180o脉冲前后对称施加2个沿层面选择方向的运动敏感梯度，即梯度脉冲，第1个梯度脉冲激发所有分子，第2个梯度脉冲激发静止分子，通过信号相减即可得到运动分子信号，以EPI方式读取信号。使用STIR-EPI的DWI序列，即在传统DWI序列的基础上添加IR(翻转恢复脉冲)，起到抑制部分短T1信号的作用。

DWI是在常规MRI序列的基础上，在X轴、Y轴和Z轴3个互相垂直的方向上施加弥散敏感梯度，从而获得反映体内水分子弥散运动状况的MR图像。所谓弥散敏感梯度是在常规序列中加入两个巨大的、对称的梯度脉冲。在DWI中以表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)描述组织中水分子弥散的快慢，并可得到ADC图。将每个像素的ADC值进行对数运算后即可得到DWI图。

弥散方向、弥散敏感系数(b值)和采集矩阵的选择是影响弥散效果的重要因素，是在DWI扫描时需要考虑的主要因素，当b=0时则相当于T2WI，无弥散效果，随着b值的增高，弥散效果越好，显示梗塞灶越清晰[11-12]。由于DWI成像时b值和梯度场场强、持续时间、弥散效果密切相关，因此当梯度场的持续时间和弥散时间一定时，b值越高，产生弥散梯度场越高，即弥散加权越强，反映水分子的弥散情况越好，对病灶显示越清楚[13-14]。弥散全方向与单方向对于显示脑灰质的梗塞灶效果一样，但弥散全方向比单方向显示脑白质梗塞灶清晰。

2 DWI鉴别急性和非急性脑梗死的病理生理基础

DWI是建立在MRI流动效应基础之上的成像方法，其特征是以图像显示水分子的布朗运动，评价水分子中质子的移动。其原理是在常规自旋回波成像序列的基础上，在180o聚焦射频脉冲前后各加上一个位置对称、极性相反的梯度场。在梯度场作用下水分子弥散时，其中的质子横向磁化发生相位分散，能完全重聚，导致信号衰减。DWI的信号强弱或灰阶的变化反映了水分子弥散的速度，弥散快的结构信号衰减大，呈低信号(灰黑色)；弥散慢的结构信号衰减小，呈高信号(白色)。水分子的流动扩散是一种完全随机的热运动，人体组织中存在各种各样的屏蔽物，水分子的自由流动扩散受到一定的影响。当脑的某个区域血流阻断，局部组织缺血、缺氧及能量代谢衰竭，使三羧酸循环中三磷酸腺苷(adenosine triphos phate，ATP)的生成量减少，酶的活性下降，导致Na+-K+泵功能失调，细胞内外离子失衡，造成细胞外水分子减少，细胞内水分子增加，导致细胞毒性水肿，此时细胞膜尚完整，流入细胞内的水分子由于受细胞膜和细胞器等大分子结构的阻碍其活动空间受限，导致细胞内水分子弥散速度下降；同时，由于细胞肿胀，细胞外间隙变小，水分子在细胞外间隙的活动受阻，导致细胞外水分子弥散速度下降，因此该缺血区域在DWI上表现为高信号。当病程继续发展，缺血区域的血脑屏障被破坏，血管内血浆漏出进入细胞内、外间隙，从而急性期血管源性水肿出现并逐渐加重，缺血组织的总含水量增加，T2WI出现高信号。但T2WI不能区分出此时梗塞灶中心与周围尚处于毒性水肿阶段的肿胀细胞，并且DWI的高信号包含了一定程度T2和质子的影响。因此，DWI比T2WI显示的高信号范围更大，信号强度更强。在亚急性期及慢性期，由于肿胀的细胞大量破裂、溶解，导致限制性弥散减少，水分子自由弥散增加，加上严重的血管源性水肿使大量的血管内水份进入细胞外间隙，也导致弥散增加，随着病程的发展，缺血组织在DWI上表现为高信号、等信号、混杂信号或低信号，而在常规的T1WI上为低信号，T2WI上为高信号。因此，可以通过DWI的信号演变规律来反映缺血脑组织细胞内水肿、细胞破裂、血管源性水肿出现，最后组织坏死、液化的过程，可见DWI为急性和非急性脑梗死的鉴别诊断提供了可靠的依据[15-19]。

3 DWI检查时间的价值

临床上最实用的是急性期确定梗死部位，然而传统CT扫描需在发病后24 h左右才能在缺血相对应区域发现低密度灶，常规MRI的T2WI也需12 h左右才能发现病灶，且病灶范围难以确定，而此时已错过了最佳治疗时间窗。DWI是利用EPI加自旋回波(SE)所产生的一种特殊T2图像，用于观察水分子的弥散过程。水分子弥散正常时，其图像显示等信号，当水分子弥散受限时，DWI上就会出现异常高信号。在脑梗死超急性期和急性期时，其病理改变使细胞外液中钠离子、钙离子和水流入细胞内，细胞肿胀、水分子弥散受限，形成细胞毒性水肿，DWI对其高度敏感，显示为高信号区。

一般认为溶栓治疗的时间仅为起病后的3～6 h，因此称之为：“时间就是脑子”。DWI诊断急性期脑梗死的灵敏度和特异度分别为88%～100%和86%～100%，对超急性期脑梗死的诊断价值远优于CT和常规T2MRI，目前超急性和急性脑梗死的诊断和鉴别诊断中，DWI MRI已属不可缺少的手段。

随着缺血性脑卒中治疗学的进展，对其影像诊断提出了更高的要求。对疑有超急性和急性卒中的患者，以往仅要求确定是否为脑梗死，即排除脑出血等非缺血性神经系统疾病。然而，现在则进一步要求了解缺血的程度、是否适合溶栓治疗，以及血供受侵犯的区域在溶栓治疗后其存活的程度。

从DWI的原理和脑梗死的病理生理基础来看，对脑梗死或疑有脑梗死的患者增加1个只需37 s的DWI序列，这对患者的检查具有重大意义。这不仅能够及早发现脑梗死，还能够及时区分脑梗死不同的进展时期，对疾病的诊治提供决定性的依据，对患者的治疗和疾病的预后优劣关系重大。因此，应根据病情需要及时增加DWI序列的检查，这不但不增加患者的负担，还为诊断和治疗提供了更多、更丰富、更有效的依据。

Burdette等[20]发现，脑梗死在24 h以内，全部病例在DWI上均为高信号，在1～9 d内有95%的病例为高信号，在10～14 d内有60%的病例为高信号，14 d后高信号消失。有文献报道，观察ADC值和ADC图来描述脑梗死演变过程中的DWI的信号变化，ADC值与DWI上信号呈相反关系：急性期ADC值下降，DWI上表现为高信号；亚急性期和慢性期ADC值逐渐下降，7～14 d恢复正常，之后ADC值逐渐增高，在DWI上相应的表现为高信号、等信号、混杂信号或低信号[10]。表明急性和非急性脑梗死在DWI上信号有差异。急性和亚急性脑梗死在DWI上均为高信号，慢性脑梗死随着病程的迁延在DWI上相应的表现为等信号、混杂信号或低信号；而常规的T2WI上急性和非急性脑梗死为高信号，不利于区分脑梗死的不同发病时期，表明DWI结合常规T2WI可以区分急性和非急性脑梗死，而常规的T2WI无此能力。

综上所述，应用DWI区分急性和非急性脑梗死对临床治疗该疾病有着积极的意义，临床医生可以根据脑梗死的不同时期采取针对性的治疗方案，回避不安全的治疗，避免不必要的具有风险性的治疗方法。

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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南京军区南京总医院医学影像科 江苏 南京 210003

②南通大学附属医院医学影像科 江苏 南通 210016

*通讯作者：yingsong@sina.com

王骏，男，(1967- )，硕士，主管技师。南京军区南京总医院医学影像科，从事医学影像技术学的医疗、教学及科研等工作。