脑灌注成像原理及其应用.ppt

MRI脑灌注成像基本原理及应用 龚丽云 高志远 灌注（Perfusion） 人脑正常的神经心理和高级神经活动要求以一定的血流灌注为基础，灌注是指血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的重要功能，一般等同于血流过程，是以流动效应为基础的，存在于正常组织和疾病状态，毛细血管中的血液流动使灌注成像成为可能。 1988年Villringer等首先报道了MR血流灌注成像（MR perfusion weighted imaging,MR PWI)在脑部的应用。 MR PWI用来反映组织的微血管分布和血流灌注情况，可以提供血流动力学方面的信息。具有时间分辨率（小于2s即可包括全脑）和空间分辨率高，操作简单，无放射性，可以在短时间内重复进行，具有良好的临床应用前景。 磁共振灌注技术的分类 1 使用外源性示踪剂，即对比剂首过磁共振灌注成像法，以动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC）灌注成像最常用。 2 使用内源性示踪剂，即利用动脉血中的水质子作为内源性示踪剂的动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）法，由于不需注射对比剂，安全无创，因而有着较强的临床应用潜力。 注：本文主要说明DSC的原理及应用。 DSC基本原理 MR脑灌注成像是通过静脉快速团注顺磁性对比剂立即进行快速MR扫描。一般用非弥散性对比剂Gd-DTPA。其带有较多不成对电子，一进入毛细血管床便在毛细血管内外建立起多个小的局部磁场，即形成一定的磁敏感性差别，在首过灌注时不仅使组织质子所经历的磁场均匀性降低，而且导致质子相位相干的损失，即加速了质子的失相位过程，从而使组织的T1，T2时间均缩短（注），造成组织信号的下降（磁化率效应）。 注举例解释下T1时间为何缩短： 在射频脉冲的激发下，人体组织内氢质子吸收能量处于激发状态。射频脉冲终止后，处于激发状态的氢质子恢复其原始状态，这个过程称为弛豫。在弛豫过程中，氢质子将其吸收的能量释放到周围环境中，若质子及所处晶格中的质子也以与Larmor频率相似的频率进动，那么氢质子的能量释放就较快，组织的T1弛豫时间越短，T1加权像其信号强度就越高。 T1弛豫时间缩短者有3种情况：其一为结合水效应；其二为顺磁性物质；其三为脂类分子。 顺磁性物质的特点是含有不成对的电子，常见的有铁、铬、钆、锰等金属、稀土元素及自由基。在磁场中顺磁性物质的磁进动与组织内质子进动相互作用，产生一个随机变化的局部微小磁场，这个微小磁场的变化频率与Larmor频率接近，从而使T1弛豫时间缩短。 这时使用T2*敏感序列进行测量，即可观察到组织信号的显著减少，即所谓的负性增强（negative enhancement)。增强后的相应的T2WI或T2*WI上的信号会一过性降低，信号降低程度与局部对比剂浓度成正比。通过测量局部脑区域的信号改变就可以得到血流动力学参数来描述局部微循环信息。 如果用T1时间敏感的序列检查，则表现为组织的正性增强，但是局限性较大。 多层动态的T2*首过MR灌注成像能较全面的反应肿瘤的微血管灌注。 基本方法 静脉团注对比剂后，当对比剂第一次通过受检组织之前之中和之后，采用快速扫描序列进行连续的多层面多次成像，从而获得一系列动态的扫描图像。 对比剂第一次通过期间，主要存在于血管内，血管外极少，血管内外浓度梯度最大，信号的变化受弥散因素影响小，故能反应组织的血液灌组情况。根据造影剂第一次通过局部脑组织引起的信号强度变化和时间的关系，可以绘制信号强度—时间曲线，根据信号强度—时间曲线可获得部分的血流动力学参数的相对值，并可通过工作站制成各种血流动指标图像。 灌注成像的理论基础 核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律（central volume principle) rMTT=rCBV/rCBF 参数 1 局部脑血容量（regional cerebral blood volume rCBV) 指存在于一定量脑组织血管结构内的血容量，根据时间—密度曲线下方封闭的面积计算得出。rCBV=K∫△R2*（t）dt 2 局部脑血流量（regional cerebral blood flow,rCBF)指在单位时间内流经一定量脑组织血管结构的血流量，脑血流量值越小，意味着脑组织的血流量越低。rCBF=Cmax(曲线最大高度） 3 局部平均通过时间（regional mean transit time,rMTT)开始注射对比剂到时间—密度曲线下降至最高强化值一半时的时间，主要反映的是对比剂通过毛细血管的时间（s）。 4 峰值时间（TTP）指在TDC上从对比剂开始出现到对比剂浓度达到峰值的时