技术贴 | T2效应对DWI图像信号的影响(一)

沙场漫步

收藏于 : 2019-01-14 17:32   被转藏 : 1   

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临床实践中常用的检测病变的DWI图像实际上是两种成分的权衡——组织内水分子的扩散加权信号和T2加权信号。

T2效应对DWI图像的影响可以归纳为三种:T2 Shine through; T2 blackout; T2 Washout. 本推文将对这三种影响进行简介

由于混杂着T2溢出效应,DWI图像的解释应参考ADC参数图和T2WI图像。

下一期推送将进一步说明如何克服T2效应对DWI的影响。


        扩散加权成像( Diffusion-weighted imaging, DWI) 于上世纪90年代中期最早应用于诊断急性脑梗死,近20年来在临床实践中发挥着越来越重要的作用。该技术能对活体内水分子的运动进行定量分析,生成DWI图像和表观扩散系数(Apparent diffusioncoefficient,ADC)图像,利用正常及病变组织内水分子扩散活动的差异来检测病变、判别性质;随着MR成像技术的进步,包括超快速成像序列、并行采集技术等的应用,DWI图像质量有了明显提高,目前已广泛应用于颅脑、体部脏器、四肢关节等全身各个部位。

        本文主要分成两个部分:先从信号原理简述DWI的图像信号构成;再介绍T2效应对DWI图像的三种影响。

DWI信号原理
1

         在水分子扩散自由的区域,检测到的DWI信号应为低信号,同时测量得到高的ADC值,但在临床实践中,我们看到的DWI图像实际上会受到组织T1、T2,甚至毛细血管灌注等多种因素的影响,导致DWI图像并不表现为理想的情况[1]。DWI信号强度的数学公式可以表达为[2]:

SDW= SSE(exp[-b?D])∝r(1?exp[-TR/T1])×exp(-TE/T2)×exp(-b?D)   (1)

        其中SDW为DWI信号强度,SSE是没有施加扩散敏感梯度场时组织的信号强度,r是质子密度,D是水分子的扩散系数[3,4]。在DWI的成像序列SS-SE-EPI中,由于TR远大于T1,公式(1)中的(1?exp[?TR/T1])近似为1,因此上面的公式就可改写为:

SDW ∝ r (exp[-TE/T2])×exp(-b?D)   (2)

        根据这两个公式,不难看出,DWI的信号强度主要取决于组织内水分子的扩散系数和T2以及扩散敏感梯度因子b值,可以理解为DWI即在T2WI成像序列中施加了扩散敏感梯度场,由T2加权信号和扩散加权信号共同组成。b值为0时,DWI图像实际上就是T2加权图像,随着b值增加,扩散加权信号的权重加大,且较高的b值能够增加病灶和正常组织之间的对比度,但同时DWI信号强度减低,图像整体的信噪比逐渐减低 [3,4]。最终我们看到的用于病变检测的DWI图像实际上是上述两种成分的权衡。

T2效应对DWI的影响
2

        由于混杂着T2溢出效应,DWI图像的解释应参考ADC参数图和T2WI图像。归纳起来,T2效应对DWI图像的影响有三种表现:

    ①T2 Shine-through,该术语常用来专指T2高信号对DWI中观察到的高信号的贡献。以颅脑DWI为例,通常,扩散自由组织在b = 1000的DWI图像上表现为低信号,同时表现为高的ADC值,反之,扩散受限组织在b = 1000的DWI图像上表现为高信号,ADC值较低。然而,对于长T2的组织,其T2加权高信号会在b = 1000的DWI图像上“穿透”出来,因此需要结合ADC图仔细分析。典型的T2 Shine-through效应通常可在急性期脑梗死DWI中观察到,表现为病变区扩散受限(低ADC值),同时该区域水分增多,T2WI 为高信号,虽然b = 1000的DWI图像上为高信号(图1病例1),但需要考虑DWI信号叠加了T2WI的高信号。

    ②T2 blackout,该术语描述了T2W明显低信号的组织在b = 1000的DWI图像上表现为低信号,常见于某些细胞密度明显增加的肿瘤或肿瘤样病变(如淋巴瘤、神经结节病等)(图1病例2)或水分减低的纤维组织亦或含铁血黄素沉着等(图2)[5]。

    ③T2 Washout,该术语特指T2W高信号组织在b = 1000的DWI图像上表现为等信号,原因归结为组织虽然具有长T2时间,但由于同时扩散率增加,导致T2WI上为高信号恰好与ADC值升高引起扩散加权信号减低相抵消,二者之间出现平衡。T2 Washout往往见于血管源性水肿区域(图1病例3)。


图1. 几种T2效应对DWI信号的影响。病例3为胶质母细胞瘤治疗后,右侧顶叶病变为胶质增生表现,左侧DWI高信号为复发的病灶。(病例摘自Neuroradiology, 2015,57:441–467)


图2. 两侧乳腺多发出血囊肿(白箭及箭头);右乳可见含铁血黄素沉着导致的低信号(黑箭)(病例摘自RadioGraphics, 2011,31:1059–1084; 从上到下三幅图片分别是GE healthcare, VIBRANT with ASSET; SSRF with ASSET; ADC map)


        为了避免T2效应对DWI图像解释的干扰,ADC参数图的生成是非常必要的。下一期将介绍如何生成和解读ADC参数图。


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