磁共振扩散加权成像在脑脓肿诊断与鉴别诊断中的应用

1、磁共振扩散加权成像在脑脓肿诊断与鉴别诊断中的应用【摘要】 目的：评价磁共振扩散加权成像（DWI）在脑脓肿诊断及与颅内囊性、坏死性肿瘤鉴别诊断中的应用价值。方法：对14例脑脓肿与17例颅内囊性、坏死性肿瘤的DWI信号特征进行分析，测量并比较病灶的表观扩散系数 (ADC) 值、病灶与对照区的ADC值比率(ADC率，rADC)。结果: 全部脑脓肿病例(14/14)在DWI上均显示为程度不等的高信号，12例(12/14)在ADC图上呈低信号，平均ADC值为（0.62±0.29）×10-3mm2/ s，平均rADC为0.77±0.36；囊性、坏死性肿瘤有15例(15/17)

2、在DWI上显示为低信号，16例(16/17)在ADC图上呈高信号，平均ADC值为（2.37±0.70）×10-3mm2/ s，平均rADC为3.24±1.08。统计分析显示脑脓肿与囊性坏死性肿瘤的平均ADC值及rADC的差异均有显著性意义（P<0.01），DWI及ADC图在脑脓肿的诊断敏感度和特异度均显著高于CT及常规MRI。结论: DWI与ADC能有效反映脓肿与囊性、坏死性肿瘤的不同液态性质，在脑脓肿的诊断与鉴别诊断中具有重要价值。【关键词】 磁共振成像 扩散加权成像 脑脓肿 诊断 鉴别诊断价值Application of MR Diffusion-wei

3、ghted Imaging in Diagnosis and Differential diagnosis for Brain Abscess【Abstract】 objective: To determined whether diffusion-weighted imaging (DWI) can be used to distinguish brain abscess from cystic or necrotic intracranial tumors and discuss its value. Methods: Signal intensity on DWI of 14 patie

4、nts with brain abscess and 17 with cystic or necrotic intracranial tumors was analyzed . The Apparent Diffusion Coefficient (ADC) of the lesion and the ratio of the lesion ADC to control region (rADC) was calculated and compared. Results: Increased signal was seen in all of the pyogenic abscess cavi

5、ties to variable degrees on DWI. ADC maps showed low signal intensity in the 12 case. The mean ADC and rADC was (0.62±0.29)×10-3mm2/ s and 0.77±0.36 respectively . Decreased signal was seen in 15 case of cystic or necrotic tumors on DWI and 16 had high signal intensity in their cystic

6、 or necrotic area on ADC maps. The mean ADC was (2.37±0.70)×10-3mm2/s and rADC 3.24±1.08. Conclusions: DWI and ADC can reflect the different fluid properties of abscess and cystic or necrotic tumors very effectively, and have great value in the diagnosis and differentiation of brain a

7、bscess.【Key words】 Magnetic resonance imaging Diffusion-weighted Imaging Brain abscess Diagnosis Differential diagnosis . 脑脓肿为颅内严重感染性疾病，近20余年来随着医疗卫生条件的改善和诊疗水平的提高，脑脓肿的流行病学发生了很大变化，隐源性脑脓肿发病率明显升高，其表现为病史长、感染症状不明显，CT和常规MRI上与颅内囊性、坏死性肿瘤难以区别，其中主要是囊变、坏死的胶质瘤与转移瘤(1)。磁共振扩散加权成像 （Diffusion-weighted Imaging， DWI）是一

8、种能够反映活体组织中水分子微观扩散运动的成像方法，有文献报导脑脓肿与囊性、坏死性肿瘤在DWI上有明显不同的表现(3-6)，但目前国内外均未见大宗报导，本研究对14例脑脓肿病例，进行前瞻性研究，分析其DWI表现并与17例颅内囊性、坏死性肿瘤进行对照，探讨DWI在脑脓肿诊断与鉴别诊断中的应用。材料与方法1.一般资料 本组共31例，男22例，女9例，年龄1076岁，平均48.6岁。其中脑脓肿14例，胶质瘤10例，转移瘤5例，血管母细胞瘤、听神经瘤各1例，将病例分成脑脓肿组与对照组，所有病例在常规MRI增强扫描像上均表现为单发类圆形囊性病灶，注射后呈环形强化。病灶位于颞叶11例，顶叶7例，枕叶6例，额

9、叶3例，小脑半球2例，中脑及桥小脑角各1例。2. 扫描技术和参数所有检查均在1.5T超导MR机（Magnetom Sonata, Siemens）上进行，相控阵头颅线圈，常规检查包括SE序列T1WI、快速SE序列T2WI及增强扫描，扩散加权成像检查使用平面回波扩散加权成像序列（EPI-DWI，TR 2800ms，TE 84ms）,行三轴扫描，扩散敏感系数（b）选择0和1000s/mm2，通过Siemens随机软件（Syngo MR 2002B）获得示踪扩散加权像（Trace DWI，简称为DWI）和表观扩散系数图（ADC maps）,兴趣区表观扩散系数（Apparent Diffusion C

10、oefficient ，ADC）值在ADC图上直接测量，测量时选择病灶中央有代表性的一定范围，取其平均值作为该病灶的ADC值。其它扫描参数包括：FOV 220mm×183mm，矩阵 128×128，层厚7mm，平均次数3次。3. 比较与统计分析 （1）比较脑脓肿与囊性、坏死性肿瘤在DWI（取b为1000时的Trace DWI图像，下文同）及ADC图上的信号改变。（2）取各病例病灶对侧相同部位正常脑组织作为对照区，测量病灶和对照区的ADC值，计算各病例病灶与对照区的ADC值之比，即ADC率 (rADC)。用SPSS软件（社会科学统计软件）进行统计分析，2组各自病灶与正常对照区

11、之间ADC均值的比较应用自身配对t检验，2组间对照区ADC值、病灶ADC值、rADC的均值比较均应用两独立样本t检验，假设检验的可信区间均为95。（3）根据统计分析结果，进行脑脓肿诊断试验评价，评价指标包括灵敏度、特异度、假阴性率、假阳性率。结果1. 14例脑脓肿在DWI上有13例呈高信号，1例为稍高信号；在ADC图上，12例表现为低信号，另有2例分别为高和稍高信号（图1）。对照组在DWI上有15例呈低信号，2例分别呈高和稍高信号；在ADC图上有16例呈高信号，1例呈低信号（图2、3）（表1）。2.脓肿组病灶与对照区平均ADC值分别为（0.62±0.29）×10-3mm2/

12、 s、（0.80±0.10）×10-3mm2/ s，对照组病灶与对照区平均ADC值分别为（2.37±0.70）×10-3mm2/ s、（0.77±0.11）×10-3mm2/ s，脓肿组与对照组的平均rADC分别为0.77±0.36、3.24±1.08。两组间正常对照区ADC均值的独立样本t检验示p>0.05，说明可以认为它们来自同一总体; 两组各自病灶与对照区ADC均值的配对样本t检验分别示p<0.05(脓肿组)、p<0.01(对照组)，差异有显著性；两组间病灶ADC均值的独立样本t检验、两组间

13、rADC均值的独立样本t检验均示p<0.01，差异非常显著（表2）。3.将DWI诊断脑脓肿的标准设为在DWI上病灶呈高或稍高信号， ADC图诊断脑脓肿的标准为在ADC图上病灶呈低或稍低信号，等价于rADC<1，DWI+ADC图诊断标准为上述两项兼具，进行脑脓肿诊断试验评价，灵敏度、特异度等评价结果见表3。讨论磁共振扩散成像（DWI）是一种对水分子扩散运动敏感的成像技术，与以往常规MRI T1WI、T2WI不同，它使磁共振成像对人体的研究深入到了更微观的水平，可反映人体组织的空间信息及病理生理状态下各种组织成分之间水分子交换的功能状况(2)。 在DWI图上图像的对比主要取决于组织内水

14、分子的扩散运动快慢，扩散快的组织由于信号衰减明显而呈低信号，扩散慢的组织由于信号衰减小而呈高信号。组织的T2效应在DWI信号形成中亦起一定作用，但随着扩散敏感系数（b）的逐渐增大而减弱。扩散敏感系数（b）用来表示扩散对比的程度，较大的b值具有较大的扩散权重，并引起较大的信号下降， T2的影响减小。表观扩散系数(Apparent Diffusion Coefficient ，ADC)是用来表示组织内水分子扩散快慢的指标，ADC=In(S2/S1)/(b1-b2)，其中S1、S2表示在不同扩散敏感系数b1、b2条件下扫描所得图像的信号强度；通过软件将各个像素的ADC整合为一幅灰度图即为ADC图。在

15、ADC图上T2效应的影响已被消除，ADC图上的信号强度高低与物质内水分子的扩散速度快慢是完全一致的(3)。本研究中14例脑脓肿有13例在DWI上呈高信号，1例为稍高信号；在ADC图上，12例表现为低信号，另有2例分别为高和稍高信号。17例囊性、坏死性肿瘤在DWI上有15例呈低信号，2例分别呈高和稍高信号；在ADC图上有16例呈高信号，1例呈低信号。2组在DWI及ADC图上的信号差异极其明显，文献认为上述信号的差异是由于脓肿与囊性、坏死性肿瘤病灶内水分子的扩散存在着根本的差异(3-6)。由于在脓腔内包含较多复杂的成分，如蛋白质、大量炎性细胞、坏死组织、渗出液等，因而粘滞性较强，脓腔内的水分子与羧

16、基、羟基以及大分子上的氨基酸群相结合，导致水分子的扩散受限，ADC值下降，在DWI上产生高信号，在ADC图上则呈低信号。而囊性、坏死性肿瘤病灶内包含一些细胞碎屑、少量炎性细胞、浆液，成分较简单，粘滞性低，水分子扩散无受限，甚至超过正常脑组织，因而ADC值升高，在DWI上形成低信号，在ADC图上则呈高信号（）。本组有2例脑脓肿在ADC图上呈较高信号，其中1例在ADC图上表现为高信号的脓肿患者，病灶源自2年前外伤形成的血肿软化灶继发感染， ADC值较高可能是由于脓腔较稀薄和陈旧性血肿中顺磁性物质干扰所致；另1例在ADC图上信号稍高的脓肿病例, 可能与经过较长时间抗生素治疗而导致脓腔内液态性质发生改

17、变有关（）。1例胶质瘤伴出血的病灶在DWI和ADC图上分别呈高和低信号（图3），类似脑脓肿表现，可能与出血早期有关，因其可导致病灶粘稠度增加，还可导致病灶内磁化率的改变（，）；另例胶质瘤在DWI和ADC图上均呈稍高信号，手术中见坏死物呈奶酪状，可能与病灶粘滞度较一般囊性胶质瘤为高有关，病灶的T2隐含效应（T2 shine-through effect）也可能与DWI上信号增高有关（，）。文献报导在转移瘤的坏死早期，病灶的细胞毒性水肿区扩散受限，在DWI和ADC图上可分别表现为高和低信号（，），在与脓肿鉴别中须特别引起注意。文献报导运用常规MRI T1WI+Gd增强扫描诊断脑脓肿的灵敏度及特异度

18、分别平均为60、27.7（），本研究显示结合DWI和ADC图，诊断脑脓肿的灵敏度和特异度分别为84.6、94.1，显著高于文献报告。由于ADC图消除了T2效应的影响，因此其特异度较DWI为高，而将DWI和ADC图相结合的诊断方式，其特异度应不低于单用任何一种诊断方式。本研究显示结合DWI和ADC图，仍有15.4的假阴性率和5.9的假阳性率，因此结合常规MRI扫描及临床资料在脑脓肿诊断与鉴别诊断中仍是必要的的。当脓肿继发于陈旧性血肿或经抗生素治疗后，或囊性、坏死性肿瘤伴有出血、感染、坏死物较粘稠、坏死早期，诊断和鉴别诊断则变得较为困难。综上所述，磁共振扩散加权成像（DWI）能有效反映脓肿与囊性、

19、坏死性肿瘤的不同液态性质，DWI高信号与ADC图低信号可作为脑脓肿诊断的重要依据，对提高脑脓肿的诊断率及与囊性、坏死性肿瘤的鉴别诊断具有重要价值。参考文献1 韩哲生，裘明德，康笃伦，等.脑脓肿147例临床分析.中华神经外科学杂志2001,17(5):313-315.2 赵修义. 磁共振扩散加权成像在肿瘤鉴别诊断种的应用. 国外医学肿瘤学分册. 2002,29(4）：269-271.3. J.H.M. Chan, E.Y.K. Tsui, L.F. Chau. et al. Discrimination of an infected brain tumor from a cerebral abs

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23、et al. A ring-enhancing metastasis with central high signal on diffusion-weighted imaging and low apparent diffusion coefficients. Neuroradiology. 2000 ,42:824-827.表1 脑脓肿与囊性、坏死性肿瘤的DWI及ADC图信号比较疾病分类DWI信号 ADC图信号高或稍高低或稍低高或稍高低或稍低脑脓肿（n=14）14(100%)/2(14.3%)12(85.7%)囊性、坏死性肿瘤（n=17） 胶质瘤(n=10)2891 转移瘤(n=5)/55/ 血管母细胞瘤(n=1)/11/ 听神经瘤(n=1)/11/ 总计2（11.8）15(88.2%)16(94.1%)1(5.9%)注: 在DWI及ADC图上均无等或混杂信号病例 表2 脑脓肿与囊性、坏死性肿瘤的ADC值与rADC比较疾病例数ADC值（×10-3mm2/ s）tprADC病灶(x±s)对照区(x±s)脑脓肿囊性、坏死性肿瘤14170.62±0.292.37±0.700.80±0.100.77±0.11-2.4378.598<0.05<0.010.77&