拡散強調画像

拡散強調画像（DWI）

拡散強調画像（Diffusion Weighted Image, DWI）は、磁気共鳴画像法（MRI）における高度な撮像シーケンスの一つであり、体内の水分子が細胞組織の間を無秩序に動き回る「拡散運動」の様子を画像情報として捉える技術です。この技術は、従来の画像診断法では検出が困難であった病変を早期に発見することを可能にし、特に脳神経領域における診断に大きな変革をもたらしました。

原理

物質を構成する分子は、温度に応じて常に微細なブラウン運動を行っています。生体内の水分子も同様に拡散運動をしており、その動きやすさは周囲の環境、例えば細胞の密度や構造、細胞外空間の広さなどによって変化します。拡散強調画像では、この水分子の拡散運動に特異的に感度を持たせるための特別な磁場勾配（傾斜磁場）パターンが用いられます。

一般的なMRI撮像では、水分子の移動による信号への影響は小さいと見なされます。しかし、DWIでは強い傾斜磁場を短い時間間隔で二度印加します。一度目の傾斜磁場で水分子の信号に位相のずれを与え、二度目の傾斜磁場でその位相ずれを元に戻すように設計されています。しかし、もし水分子がその間に移動した場合、二度目の傾斜磁場でも位相ずれは完全に補正されず、信号が弱まってしまいます。

したがって、拡散運動が活発な場所、つまり水分子が自由に動き回れる領域では、信号の減衰が大きくなり、画像上では暗く（低信号に）描出されます。逆に、拡散運動が制限されている場所、例えば細胞が腫れて細胞外空間が狭くなったり、細胞密度が非常に高かったりする領域では、水分子の移動が少ないため信号の減衰が弱まり、画像上では明るく（高信号に）描出されます。このように、拡散の度合いが画像の信号強度として反映されるのがDWIの基本的な原理です。

拡散係数画像（ADC map）

DWIは、拡散が制限されているかどうかの定性的な情報を提供しますが、拡散の度合いをより定量的に評価するために「拡散係数画像（Apparent Diffusion Coefficient map, ADC map）」が作成されます。ADC mapは、異なる複数の条件（異なる強さの傾斜磁場など）で撮像されたDWI画像を基に、各画素における水分子の「見かけ上の拡散係数（ADC値）」を計算し、その値をピクセル値として表現した画像です。

ADC値はマイクロメートル単位の拡散距離に関連しており、値が高いほど拡散が速い（活発）ことを示し、低いほど拡散が遅い（制限されている）ことを示します。超急性期脳梗塞では、細胞障害による細胞内への水分流入（細胞性浮腫）によって水分子の拡散が極端に制限されるため、DWIでは高信号として見えますが、ADC mapでは明確な低信号として描出されます。DWIとADC mapをセットで評価することで、病変の有無や性質をより正確に判断することが可能になります。

臨床応用

DWIの最も重要な臨床的価値は、超急性期または急性期の脳梗塞診断です。

脳梗塞は発症から早期に血行再建療法を行うことが、脳組織の救済と患者の予後改善のために極めて重要です。しかし、発症から数時間以内の虚血性病変は、X線CTでは変化が非常に分かりにくいか、全く描出されないことがほとんどです。一方、DWIは虚血による細胞性浮腫に伴う拡散制限を、発症後わずか数分から数十分という超早期の段階で高信号病変として捉えることができます。これにより、迅速かつ正確な脳梗塞の診断が可能となり、救急医療における緊急治療方針の決定に不可欠な情報を提供しています。DWIの登場以前と以後では、急性期脳梗塞の診療体制は大きく変化しました。

脳梗塞以外にも、DWIは他の病態の診断にも有用です。例えば、脳腫瘍の一部では、細胞の密度や壊死、嚢胞形成などによって拡散の度合いが異なります。特に、類上皮腫（Epidermoid cyst）とくも膜嚢胞（Arachnoid cyst）のように、通常のMRI画像では区別が難しい場合でも、類上皮腫は内容物の性質から拡散が制限されDWIで高信号を示す一方、くも膜嚢胞は脳脊髄液に近いため拡散制限がなくDWIで低信号を示すことから、両者の鑑別診断に役立ちます。また、脳膿瘍のように、膿瘍内容物によって強い拡散制限が生じる病変も、DWIによって特徴的な高信号として描出されることが多く、診断の手がかりとなります。

拡散強調画像