磁共振（MRI）的弥散加权成像（DWI）是通过施加梯度脉冲观察细胞内外水分子跨细胞膜移动（即水分子扩散运动引起的信号变化）并以图像显示的成像技术。DWI序列发明于上世纪90年代，被应用于神经系统疾病和其它系统疾病的影像诊断和鉴别诊断。经过20余年的发展，我们对于DWI的应用和认知也越来越成熟。本文主要列举磁共振DWI序列在中枢神经系统疾病的应用。
说到DWI序列，不得不提著名植物学家罗伯特·布朗（Robert·Brown），布朗对物理学的贡献是发现了著名的布朗运动。年布朗在用显微镜观察悬浮在水中的花粉颗粒时，发现花粉颗粒在水中不停地作无规则运动。自由水分子不停的随机运动，即布朗运动，因此，自由水的弥散是不受限制的。相反，细胞微环境内的水分子运动被包括细胞壁、细胞膜和细胞器在内的细胞分隔间的相互作用所阻碍，而在不同的组织中，水分子的弥散情况不同，通过特定的运动敏感序列，DWI凸显出了这种弥散对比。
图1.布朗与布朗运动
DWI序列上的高信号包括两种原因，一种是真性弥散受限，对应的ADC值降低；另一种是假性弥散受限，对应ADC值不降低，主要是因为T2透射效应。真正弥散受限的病理生理机制主要包括三大类：一是细胞毒性水肿，二是细胞密集度与核浆比的增加，三是液体的粘稠度增高。
图2.弥散受限原理
T2透射效应是由于T2的延长导致的DWI的高信号，其对应ADC值不降低。因此DWI上的高信号病灶可能反应了强T2透射效应，而不是真正的弥散受限（图3）。磁共振DWI高信号常见于脑梗死、脑脓肿、脑肿瘤等神经系统疾病，也见于脱髓鞘疾病、代谢中毒性疾病、CJD等。
图3.T2透射效应（多发性硬化患者）
一、脑梗死
急性脑梗死是神经内科最常见的疾病，DWI序列是诊断脑梗死的重要影像方法。在脑梗死最初几分钟内，脑组织能量代谢受到破坏，Na+-K+/ATP酶和其他离子泵发生衰竭，使细胞内外的离子失去平衡，大量的细胞外水进入到细胞内，形成细胞毒性水肿。整个梗死区的含水量并未增加，只是细胞内、外的含水量发生了变化。此时，CT、T2WI、T1WI和FLAIR都不能显示病灶，只在能显示水分子弥散运动的DWI才能显示病灶。
图4.脑梗死MRI表现（发病2小时）
细胞毒性水肿，细胞内水分子增加，引起细胞肿胀，造成细胞外间隙变小，细胞外水分子减少，细胞外间隙扭曲变形，梗死区水分子弥散运动减低，ADC值变小，DWI显示为高信号，ADC图显示为低信号。最早在30分钟内即可显示DWI高信号。随着时间的延长，DWI信号逐渐减低。
图5.脑梗死DWI信号的演变
二、脑脓肿
在此先放两张环形强化的图，大家可以猜猜那那个是脑脓肿，哪个是脑肿瘤。
图6.环形强化病灶对比
DWI序列是鉴别脑脓肿与高级别胶质瘤、转移瘤等良好手段。对于上图两个病例，其实加做一个DWI序列的话，就很好区分。左图患者DWI明显高信号，ADC图低信号，是脑脓肿；右图患者DWI低信号，ADC图高信号，是脑肿瘤。
图7.环形强化对比（脑脓肿vs胶质母细胞瘤）
脑脓肿主要是血源性感染，额、顶叶最常见，后颅窝小于15%，多位于灰白质交界处。一般为单发，多发少见（免疫抑制状态多见）。脓液表现为长T1长T2，FLAIR低信号，DWI高信号，ADC低信号；脓壁则包含了纤维成分，T1呈等/稍高信号，T2等/稍低信号，均匀环形强化（较光滑，深部薄，浅部厚）；可以有子灶（卫星灶），破裂后形成小脓肿。脓肿壁光滑程度：化脓性＞结核性＞真菌性。DWI均匀程度：化脓性、结核性较均匀，真菌性较不均匀。临床上有时较难与转移瘤等疾病鉴别。
图8.脑脓肿（弥散受限）
三、脑肿瘤
脑肿瘤的DWI信号主要取决于ADC值（细胞密度）与T2信号。低ADC值反应了高细胞密度、高核浆比和减少的细胞外间隙；高ADC值反应了低细胞密度、低细胞核浆比和增多的细胞外基质（如图9）。高级别胶质瘤（包括间变性胶质瘤、间变性少突胶质细胞瘤、胶质母细胞瘤等）、淋巴瘤、转移瘤、髓母细胞瘤、中枢神经细胞瘤、原始神经外胚层肿瘤PNET等脑肿瘤，通常表现为DWI高信号、低ADC值，即真正的弥散受限。相对ADC值比较：淋巴瘤＜高级别胶质瘤＜转移瘤。
图9.脑肿瘤细胞密度与ADC值的相关研究
对于胶质瘤而言，低级别的胶质瘤细胞密度稍低，其DWI呈等或稍高信号，高级别的胶质瘤则细胞密度较高，其DWI呈高信号，ADC值降低。这不是绝对的，因为DWI高信号还包含了T2信号，因此，有些肿瘤DWI高信号部分同时包含ADC低信号（弥散受限的部分）和等/高信号（T2投射效应的部分）。
图10.毛细胞星形细胞瘤（DWI等信号）
图11.胶质母细胞瘤（DWI高、ADC低）
图12.肺癌脑转移（DWI信号、ADC降低）
图13.淋巴瘤（肿瘤细胞密集，DWI高、ADC低）
图14.髓母细胞瘤（DWI高、ADC低）
图15.中枢神经细胞瘤（肿瘤细胞密集，DWI高、ADC低）
不同疾病DWI高信号的机制不同，本文主要探讨了脑梗死、脑脓肿和脑肿瘤的DWI高信号机制，脑梗死急性期主要因为细胞毒性水肿，脑脓肿主要因为脓液内富含细菌、白细胞、纤维蛋白成分使得粘稠度增加，脑肿瘤则主要因为肿瘤细胞密集程度增加与核浆比的增加。后续文章会继续探讨脱髓鞘疾病等其它神经科疾病的DWI表现。
参考文献
T.Moritani.S.Ekholm.P.-L.Westesson.DiffusionWeightedMRIoftheBrain2ndEdition.SpringerPress
HayashidaY,HiraiT,MorishitaSetal.Diffusion-weightedimagingofmetastaticbraintumors:
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