弥散加权核磁共振成像

扩散是细胞代谢反应中发生的主要物理过程。第一张扩散加权磁共振图像于1985年构建。扩散磁共振成像（MRI）随着第三代MRI扫描仪的出现而进入临床应用。为了获得扩散加权断层图像，我们使用具有两个相同幅度和持续时间的扩散梯度的回波平面脉冲序列（自旋回波EPI）。为了定量评估组织中水的扩散特性，构建了参数扩散图，其中每个像素的颜色与测得的扩散系数相对应。在扩散图上，水扩散速率高的组织用红色和白色调表示，扩散速率低的组织用蓝色和黑色表示。

分子扩散能力对方向的依赖性被称为扩散各向异性。在脑白质中，水分子很容易沿着神经纤维扩散，但它们在神经纤维间的移动受到不通透的髓鞘的限制。

扩散张量 MRI 用于可视化组织中水扩散的各向异性。

在扩散张量MRI中，体素中扩散椭球的方向用于确定神经纤维的走向，这些神经纤维通过将扩散张量的特征向量相互连接而形成神经束。连接算法非常复杂，因此需要使用各种计算方法来“绘制”构成神经束的众多神经纤维的走向。因此，张量MRI通常被称为纤维束成像——一种可视化神经束走向的方法。在其最简单的形式中，部分扩散各向异性是用颜色编码的，通过根据特征向量的方向将像素着色为特定颜色（红色 - 沿X轴，绿色 - 沿Y轴，蓝色 - 沿Z轴）来可视化组织中水分子的扩散运动方向。

扩散张量 MRI 使我们能够检测大脑各部分之间的结构连接，这在体积过程和扭曲解剖结构或破坏白质的疾病（肿瘤、TBI、脱髓鞘疾病等）中尤其重要。

弥散加权和弥散张量磁共振成像的临床应用。脑组织弥散系数测量值降低是缺血性疾病及其严重程度的敏感指标。目前，弥散加权成像是诊断缺血性脑梗死最快、最特异的方法之一，尤其适用于早期（最多6小时）诊断，此时存在溶栓治疗的“治疗窗口”，可以部分或完全恢复受累脑组织的血流。在脑卒中急性期，弥散加权成像中的脑损伤区域通常具有较高的弥散张量信号，而正常脑组织则呈现暗色。弥散系数测量值图则相反。弥散系数测量值图已成为诊断缺血和动态监测急性脑血管意外发展以及随后缺血引起的慢性组织变性的一种手段。弥散加权图像的非侵入性和应用的快速性决定了该方法在缺血性脑损伤的初步诊断中的重要性。

所有扩散研究均无需使用造影剂，这对于重症患者以及从宫内开始的儿童脑发育专门研究至关重要。在后者情况下，扩散MRI可以获得额外的定性（视觉）和定量组织特征，为研究脑组织发育过程中的微观结构开辟了新的可能性。

扩散加权图像和扩散图提供了额外的诊断信息，用于区分在 T1 和 T2 MRI 上具有相似表现的脑肿瘤（神经胶质瘤、具有环状造影剂积聚的肿瘤）、肿瘤周围水肿（血管源性或细胞毒性），提供有关肿瘤内囊肿存在或不存在的数据等。

如此短的扫描时间内，弥散加权图像在诊断脑和脊柱炎症性病变（例如脑脓肿、脓胸）方面提供了宝贵的信息。脓肿的化脓性内容物具有高MP信号的特征，在治疗的任何阶段（包括术后）都易于显影。某些脑肿瘤（尤其是脑膜瘤和神经鞘瘤）的结构组织使得即使在术前使用弥散加权图像也能高度可靠地预测肿瘤的组织学类型。基于该方法的数据，可以准确区分表皮样囊肿和蛛网膜囊肿。

纤维束成像是一项新兴且前景光明的技术，能够以非侵入性的方式“观察”大脑的传导通路。尽管仍存在技术难题，但其在神经外科手术中的初步应用成果令人鼓舞。借助弥散张量磁共振成像 (DTI)，了解传导通路的位置，并考虑到其在病理过程中（移位/变形或侵袭和损伤）的影响，可以规划脑内肿瘤的手术入路和手术切除范围。

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