腦灌注成像原理及其應用演示文稿當前1頁，總共42頁。（優選）腦灌注成像原理及其應用當前2頁，總共42頁。1988年Villringer等首先報道了MR血流灌注成像（MRperfusionweightedimaging,MRPWI)在腦部的應用。MRPWI用來反映組織的微血管分布和血流灌注情況，可以提供血流動力學方面的信息。具有時間分辨率（小于2s即可包括全腦）和空間分辨率高，操作簡單，無放射性，可以在短時間內重復進行，具有良好的臨床應用前景。當前3頁，總共42頁。磁共振灌注技術的分類1使用外源性示蹤劑，即對比劑首過磁共振灌注成像法，以動態磁敏感對比增強（dynamicsusceptibilityweightedcontrastenhanced，DSC）灌注成像最常用。2使用內源性示蹤劑，即利用動脈血中的水質子作為內源性示蹤劑的動脈自旋標記（arterialspinlabeling，ASL）法，由于不需注射對比劑，安全無創，因而有著較強的臨床應用潛力。注：本文主要說明DSC的原理及應用。當前4頁，總共42頁。DSC基本原理MR腦灌注成像是通過靜脈快速團注順磁性對比劑立即進行快速MR掃描。一般用非彌散性對比劑Gd-DTPA。其帶有較多不成對電子，一進入毛細血管床便在毛細血管內外建立起多個小的局部磁場，即形成一定的磁敏感性差別，在首過灌注時不僅使組織質子所經歷的磁場均勻性降低，而且導致質子相位相干的損失，即加速了質子的失相位過程，從而使組織的T1，T2時間均縮短（注），造成組織信號的下降（磁化率效應）。當前5頁，總共42頁。注舉例解釋下T1時間為何縮短：在射頻脈沖的激發下，人體組織內氫質子吸收能量處于激發狀態。射頻脈沖終止后，處于激發狀態的氫質子恢復其原始狀態，這個過程稱為弛豫。在弛豫過程中，氫質子將其吸收的能量釋放到周圍環境中，若質子及所處晶格中的質子也以與Larmor頻率相似的頻率進動，那么氫質子的能量釋放就較快，組織的T1弛豫時間越短，T1加權像其信號強度就越高。當前6頁，總共42頁。T1弛豫時間縮短者有3種情況：其一為結合水效應；其二為順磁性物質；其三為脂類分子。順磁性物質的特點是含有不成對的電子，常見的有鐵、鉻、釓、錳等金屬、稀土元素及自由基。在磁場中順磁性物質的磁進動與組織內質子進動相互作用，產生一個隨機變化的局部微小磁場，這個微小磁場的變化頻率與Larmor頻率接近，從而使T1弛豫時間縮短。當前7頁，總共42頁。這時使用T2*敏感序列進行測量，即可觀察到組織信號的顯著減少，即所謂的負性增強（negativeenhancement)。增強后的相應的T2WI或T2*WI上的信號會一過性降低，信號降低程度與局部對比劑濃度成正比。通過測量局部腦區域的信號改變就可以得到血流動力學參數來描述局部微循環信息。如果用T1時間敏感的序列檢查，則表現為組織的正性增強，但是局限性較大。多層動態的T2*首過MR灌注成像能較全面的反應腫瘤的微血管灌注。當前8頁，總共42頁。基本方法靜脈團注對比劑后，當對比劑第一次通過受檢組織之前之中和之后，采用快速掃描序列進行連續的多層面多次成像，從而獲得一系列動態的掃描圖像。對比劑第一次通過期間，主要存在于血管內，血管外極少，血管內外濃度梯度最大，信號的變化受彌散因素影響小，故能反應組織的血液灌組情況。根據造影劑第一次通過局部腦組織引起的信號強度變化和時間的關系，可以繪制信號強度—時間曲線，根據信號強度—時間曲線可獲得部分的血流動力學參數的相對值，并可通過工作站制成各種血流動指標圖像。當前9頁，總共42頁。灌注成像的理論基礎核醫學的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律（centralvolumeprinciple)

rMTT=rCBV/rCBF當前10頁，總共42頁。參數1局部腦血容量（regionalcerebralbloodvolumerCBV)指存在于一定量腦組織血管結構內的血容量，根據時間—密度曲線下方封閉的面積計算得出。rCBV=K∫△R2*（t）dt2局部腦血流量（regionalcerebralbloodflow,rCBF)指在單位時間內流經一定量腦組織血管結構的血流量，腦血流量值越小，意味著腦組織的血流量越低。rCBF=Cmax(曲線最大高度）當前11頁，總共42頁。3局部平均通過時間（regionalmeantransittime,rMTT)開始注射對比劑到時間—密度曲線下降至最高強化值一半時的時間，主要反映的是對比劑通過毛細血管的時間（s）。4峰值時間（TTP）指在TDC上從對比劑開始出現到對比劑濃度達到峰值的時間。TP值越大，意味著最大對比劑團峰值到達腦組織的時間越晚。MTT是腦血液研究的重要參數，其長短明確反映了腦組織血液微循環的通暢情況，當平均通過時間較長時，說明血液在局部組織內停留時間較長，多數情況是由于病理狀態造成的微循環不暢。當前12頁，總共42頁。掃描技術灌注成像研究的是機體的動態過程，依賴于快速的磁共振成像技術，目前常用的是平面回波技術。其基本方法是在一個強的預備脈沖后施加一系列快速振蕩的梯度脈沖鏈，同時采集信號。平面回波技術依靠梯度脈沖獲取信號，對磁場的不均勻性很敏感，在主磁場均勻穩定的條件下，順磁性對比劑所造成的局部小磁場的不均勻使其圖像的信號減弱。當前13頁，總共42頁。MR灌注各數值的測量，必須在團注對比劑前，注射中和注射后得到一系列時間間隔約1s的圖像。較長的時間間隔會使信號強度-時間曲線的測量不精確?？焖偬荻然夭ǔ上窨梢垣@得每秒兩層T1WI圖像，但對于較大的不均質腫瘤通常是不足以完全覆蓋，而平面回波成像序列能每秒進行10層MR掃描，是動態成像的理想選擇。當前14頁，總共42頁。理論上任何能進行平面回波成像且安裝灌注軟件的MR掃描儀均可進行MRPWI，EPI具有極高的時間和空間分辨力，它能夠大約100s內產生圖像，同時進行多層掃描，覆蓋整個大腦，每層動態掃描40~60次，且全腦的時間分辨率都較高。從發表的研究成果看，基本都采用1.5T超導型，梯度場強為22~25T/m。根據預備脈沖的不同可分為SE-EPI,FID-EPI,GRE-EPI，臨床上常用的事GRE-EPI序列。EPI：脂肪抑制預掃描后行平面回波灌注成像。當前15頁，總共42頁。對比劑的應用磁共振對比劑按其磁性特征分為順磁性對比劑和超順磁性對比劑，按其強化機制可分為質子弛豫增強和T2弛豫增強，按其生物學分布特征可分為非特異性和特異性，非特異性對比劑又可分為細胞外間隙型和血池型。當前16頁，總共42頁。常用對比劑為順磁性對比劑Gd-DTPA，它是一種非特異性細胞外間隙順磁性對比劑，含有多個不成對電子，與原子核質子作用形成偶極子，具有較大的磁矩，約為質子磁矩的657倍，它存在時，形成質子偶極子-電子偶極子，其運動頻率與Lamor頻率接近，形成弛豫增強，明顯縮短T1時間。當前17頁，總共42頁。為了使對比劑早期居于血管內而不進入組織，即保證沒有對比劑的再循環和漏出，對注射對比劑的量及速度有一定的要求，所以必須使用高壓注射器，靜脈團注Gd-DTPA，劑量為0.1~0.3mmol/kg，應用18~20G靜脈穿刺針，穿刺肘前靜脈，注射流率為5~10ml/s，接著以同樣流率注射20ml生理鹽水以沖洗存留在注射器內的對比劑，注射對比劑與掃描同時進行。當前18頁，總共42頁。圖像資料的后處理將掃描獲得的原始圖像輸入離線工作站。在實際工作中，通常首先獲得的事時間-信號強度曲線，然后通過工作站計算機的處理進而得到相對腦血容量，相對腦血流量及平均通過時間圖，確定興趣區（ROI）以獲得相應的數據。當前19頁，總共42頁。常規T2WI磁共振血管造影當前20頁，總共42頁。CBFCBV當前21頁，總共42頁。ASL技術與外源性示蹤劑方法比較，內源性示蹤劑技術圖像的信噪比，空間分辨率較低，沒有DSC可獲得的灌注層面多；可獲得的數據較少，僅有CBF；對被檢者運動的高度敏感，易受到影響。但由于其不需要注射對比劑，具有無創性，可重復性高及組織對比度較好的優點，因而有較強的臨床應用潛力。比如近期發現ASL灌注圖像對高，低膠質瘤的鑒別診斷有重要意義。當前22頁，總共42頁。ASL基本成像步驟1利用翻轉脈沖對流入成像層面的動脈血進行標記2流入毛細血管區的血液與組織水中的質子進行交換引起局部組織縱向弛豫時間T1的變化3圖像與沒有標識的圖像相減得到灌注圖像4通過動力學模式定量測量腦血流量。當前23頁，總共42頁。MR腦灌注臨床應用當前24頁，總共42頁。1腦缺血性病變腦缺血區血流動力學變化1腦缺血發生后，由于局部神經生化的改變，導致腦血管代償性的擴張，血管循環阻力下降，以利于維持正常的局部腦血流量，早期局部腦血流量與平均通過時間增加。2局部腦動脈灌注壓繼續下降，血管擴張已經達到最大限度，局部腦血流量達到最大后開始下降。3腦組織缺血時間超過6小時，腦組織的血液供應進一步下降，腦血管擴張失代償，腦血管塌陷，局部腦血流量，局部腦血容積下降，不足以維持正常的細胞代謝與功能，缺血腦組織將產生不可逆轉的損傷。當前25頁，總共42頁。當腦血流量（CBF）降低到（10~20ml）*100/g/min或皮層CBF降低到正常的40%，白質CBF降低到正常的35%時，就引起腦組織的缺血反應。目前公認，腦缺血由中央的梗死區和周圍的由側支循環供血的半暗帶區構成，后者神經元電活動停止，側支供血僅能維持細胞膜穩定，長期低灌注終將導致梗死，溶栓治療的主要目的是恢復腦缺血半暗帶區的血供。當前26頁，總共42頁。灌注成像技術能發現早期腦缺血區及其血液動力學改變，能再腦缺血后30min即清楚顯示缺血區。故目前主要應用于急性腦缺血病人（發病6小時以內）或超級性腦缺血病人（發病3小時以內）的早期診斷。PWI能直觀的反映腦組織中血流量的相對多少，高信號區域提示為血流灌注豐富部分，低信號區為血流灌注減少區。當前27頁，總共42頁。PWI可以提供必要的血液動力學參數。1灌注不足：MTT明顯延長，rCBV減少，rCBF明顯減少。2側支循環信息：MTT延長，rCBV增加或尚可。3血流再灌注信息：MTT縮短或正常，rCBV增加，rCBF正常或輕度增加。4過度灌注信息：rCBV與rCBF均顯著增加。當前28頁，總共42頁。急性腦缺血期病灶中心血流灌注嚴重減少，rCBV的減少是最直觀的指標，它反映單位質量內血容量減少，當腦局部灌注壓下降時，腦組織可以通過一定的自我調節機制使局部血管床擴張以增加血容量來代償。研究表明急性腦缺血發作后，過度灌注和持續的灌注不足可同時存在，且是造成腦組織損傷的原因。灌注成像可通過rCBF和MTT來了解局部組織的灌注情況，有望幫助臨床及時判斷病變進展。當前29頁，總共42頁。左側大腦中動脈閉塞后3小時行PWIPWI-CBV當前30頁，總共42頁。2顱內占位性病變評價顱內腫塊性病變時CBV是最有用的參數。測量CBV作為輔助指標有助于評判腦腫瘤的新生血管程度，分級和惡性度，鑒別腫瘤樣病變，監測治療效果等。血管形態和新生程度是區分顱內腫瘤類型，確定其生物學侵襲程度的重要依據。反映血管化程度的活體CBV圖，可用以間接評判腫瘤新生血管。當前31頁，總共42頁。2.1原發性膠質瘤膠質瘤的血管增生程度是決定病理學分級的重要參數之一，目前臨床上采用微血管密度計數作為評價膠質瘤血管生成的金標準，隨著膠質瘤惡性程度的提高，其微血管密度也在提高。從總體上看，腫瘤惡性程度越高rCBV值越大，即多行膠母>間變性星型細胞瘤>低級別膠質瘤，灌注成像能夠在活體上快速而幾乎無創的量化反映組織的血管生成及分布情況，從而達到對膠質瘤分級的目的。當前32頁，總共42頁。2.2立體定向引導活檢活檢是確定腫瘤類型和級別的最后方法，但只有從腫瘤惡性度最高處采樣才能準確分級。常規增強CT或MRI所顯示的增強區域只代表血腦屏障破壞而并不一定是腫瘤最惡性部分。CBV圖能顯示血管分布增多區，對于常規檢查不增強的腫瘤，更是一個有效的補充。當前33頁，總共42頁。2.3評價治療效應抗血管生成藥物的進展使其能夠主動選擇性分離破壞腫瘤血管，可附加于腦腫瘤化療方案中。膠質瘤手術，放療，化療后均需要影像檢查評價腫瘤活性，但常規CT或MRI增強并不能準確顯示腫瘤進程及腫瘤血管。在一組附加了抗血管生成藥物化療患者的治療過程中，系列rCBV的測量與增強MRI相比能更好反映患者臨床狀況的變化。當前34頁，總共42頁。2.4鑒別膠質瘤腫瘤復發和治療性壞死鑒別腫瘤復發和放射性壞死對治療方案選擇很重要，常規影像和臨床檢查常常很難鑒別，在病理上兩者表現迥異，放射性壞死為廣泛血管損傷和組織缺氧，而腫瘤復發為血管新生。在所有影像學方法中，PET對鑒別較有幫助，但設備昂貴，不能作為常規診斷的手段。灌注成像的CBV圖能夠反映腫瘤復發和放射性壞死在血管分布上的病例差異。當前35頁，總共42頁。2.5腦膠質瘤病腦膠質瘤病是一種罕見腫瘤，病理特征是中度多行的膠質細胞沿正常結構內侵潤而不破壞它，病變區細胞數量增多但無腦實質破壞和新生血管。灌注成像顯示病變區缺乏血管增生，rCBV甚至低于正常為受累的腦白質。當前36頁，總共42頁。2.6腦轉移瘤腦轉移瘤多為血行轉移，在其生長中產生無屏障的新生血管網，瘤周常伴不同程度水腫，但其內的毛細血管床正常，腫瘤邊緣以外無腫瘤細胞侵潤。孤立實性轉移常與原發腫瘤鑒別。兩者病灶區rCBV表現相近，灶周水腫區差異顯著，原發腫瘤明顯高于轉移瘤。這可能就是轉移瘤周圍僅僅是單純水腫而原發腫瘤除水腫外還有瘤細胞侵潤的本質差異的反應。當前37頁，總共42頁。2.7腦原發淋巴瘤腦原發淋巴瘤的治療依靠聯合大劑量化療和放療而非手術。在診斷上，常規影像有時很難鑒別腦原發淋巴瘤與多行膠質母細胞瘤。灌注成像顯示腫瘤新生血管特征的能力有助于鑒別兩者。腦原發淋巴瘤組織病理上的一個顯著特征就是以血管為中心生長，形成多層環形結節并使血管周圍間隙擴大。雖然腫瘤細胞可侵犯血管內皮甚至侵入血管腔內，但新生血管卻不明顯。因此腦原發淋巴瘤的rCBV明顯低于多形膠母的。當前38頁，總共42頁。2.8腦外腫瘤顱內腦外腫瘤是指起源于顱內非腦實質組織如腦膜，硬模，顱骨，腦室，脈絡膜叢，松果體，垂體的腫瘤，以腦膜瘤最常見。它們常有豐富的血管而又無血腦屏障，所以增強顯著。一般情況下常規影像檢查鑒別腦內外腫瘤不難，當腦內