腦灌注成像原理及其應(yīng)用1

1、MRI腦灌注成像基本原理及應(yīng)用灌注（Perfusion） 人腦正常的神經(jīng)心理和高級神經(jīng)活動要求以一定的血流灌注為基礎(chǔ)，灌注是指血流通過毛細(xì)血管網(wǎng)，將攜帶的氧和營養(yǎng)物質(zhì)輸送給組織細(xì)胞的重要功能，一般等同于血流過程，是以流動效應(yīng)為基礎(chǔ)的，存在于正常組織和疾病狀態(tài)，毛細(xì)血管中的血液流動使灌注成像成為可能。 1988年Villringer等首先報道了MR血流灌注成像（MR perfusion weighted imaging,MR PWI)在腦部的應(yīng)用。 MR PWI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(xué)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

2、放射性，可以在短時間內(nèi)重復(fù)進(jìn)行，具有良好的臨床應(yīng)用前景。磁共振灌注技術(shù)的分類1 使用外源性示蹤劑，即團(tuán)注對比劑首過磁共振灌注成像法，以動態(tài)磁敏感對比增強（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC）灌注成像最常用。2 使用內(nèi)源性示蹤劑，即利用動脈血中的水質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑的動脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）法，由于不需注射對比劑，安全無創(chuàng)，因而有著較強的臨床應(yīng)用潛力。DSC基本方法 靜脈團(tuán)注對比劑后，當(dāng)對比劑第一次通過受檢組織之前之中和之后，采用平面回波技術(shù)快速掃描進(jìn)行連續(xù)的多層面多次成像，從而

3、獲得一系列動態(tài)的掃描圖像。 對比劑第一次通過期間，主要存在于血管內(nèi)，血管外極少，血管內(nèi)外濃度梯度最大，信號的變化受彌散因素影響小，故能反應(yīng)組織的血液灌注情況。根據(jù)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(guān)系，可以繪制信號強度時間曲線，根據(jù)信號強度時間曲線可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的組織內(nèi)對比劑濃度時間曲線，后者可用來分析和確定組織的血流動力學(xué)參數(shù)的相對值，并可通過工作站制成各種血流動力學(xué)指標(biāo)圖像，確定興趣區(qū)（ROI）以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。灌注成像的理論基礎(chǔ) 核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律（central volume principle) rMTT=rCBV/rCBF參數(shù) 1 局部腦血容

4、量（regional cerebral blood volume rCBV) 指存在于一定量腦組織血管結(jié)構(gòu)內(nèi)的血容量，根據(jù)時間密度曲線下方封閉的面積計算得出。rCBV=KR2*（t）dt 2 局部腦血流量（regional cerebral blood flow,rCBF)指在單位時間內(nèi)流經(jīng)一定量腦組織血管結(jié)構(gòu)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） 3 局部平均通過時間（regional mean transit time,rMTT)開始注射對比劑到時間濃度曲線下降到最高強度值一半時的時間，主要反映的是血液到達(dá)感興趣區(qū)的通路，而非組織本身灌注特點

5、，即對比劑通過毛細(xì)血管的時間（s），其長短明確反映了腦組織血液微循環(huán)的通暢情況。 4 峰值時間（TTP）指在時間濃度曲線上從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑濃度達(dá)到峰值的時間。TP值越大，意味著最大對比劑團(tuán)峰值到達(dá)腦組織的時間越晚。TTP被認(rèn)為是顯示腦灌注損傷的最敏感指標(biāo)，能夠早期發(fā)現(xiàn)腦缺血性病變。 常規(guī)T2WI磁共振血管造影CBFCBVASL技術(shù) 與外源性示蹤劑方法比較，內(nèi)源性示蹤劑技術(shù)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(shù)據(jù)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(chuàng)性，可重復(fù)性高及組織對比度較好的優(yōu)點，因而有較強的臨床應(yīng)

6、用潛力。比如近期發(fā)現(xiàn)ASL灌注圖像對高、低膠質(zhì)瘤的鑒別診斷有重要意義。ASL基本成像步驟 1 利用翻轉(zhuǎn)脈沖對流入成像層面的動脈血進(jìn)行標(biāo)記 2 流入毛細(xì)血管區(qū)的血液與組織水中的質(zhì)子進(jìn)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(biāo)識的圖像相減得到灌注圖像 4 通過動力學(xué)模式定量測量腦血流量。MR腦灌注臨床應(yīng)用1腦缺血性病變 腦缺血區(qū)血流動力學(xué)變化 1腦缺血發(fā)生后，由于局部神經(jīng)生化的改變，導(dǎo)致腦血管代償性的擴張，血管循環(huán)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(xù)下降，血管擴張已經(jīng)達(dá)到最大限度，局部腦血流量達(dá)到最大后開始下降。3腦組織

7、缺血時間超過6小時，腦組織的血液供應(yīng)進(jìn)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(xì)胞代謝與功能，缺血腦組織將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷。 灌注成像技術(shù)能發(fā)現(xiàn)早期腦缺血區(qū)及其血液動力學(xué)改變，能在腦缺血后30min即清楚顯示缺血區(qū)。故目前主要應(yīng)用于急性腦缺血病人（發(fā)病6小時以內(nèi)）或超級性腦缺血病人（發(fā)病3小時以內(nèi)）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(qū)域提示為血流灌注豐富部分，低信號區(qū)為血流灌注減少區(qū)。 PWI可以提供必要的血液動力學(xué)參數(shù)。 1 灌注不足：MTT明顯延長，rCBV減少，rCBF明顯減少。 2 側(cè)支循環(huán)信息：MTT延長

8、，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?；蜉p度增加。 4 過度灌注信息：rCBV與rCBF均顯著增加。左側(cè)大腦中動脈閉塞后3小時行PWIPWI-CBV圖1A.B示右側(cè)分水嶺區(qū)MTT和TTP較左側(cè)明顯延遲，DSA示右側(cè)ICA狹窄；圖2A.B示右側(cè)MCA和分水嶺區(qū)MTT和TTP較左則明顯延遲，DSA示右側(cè)ICA閉塞；圖3A.B示右側(cè)MCA區(qū)較左則明顯延遲，DSA示右側(cè)MCA狹窄男，51歲，反復(fù)發(fā)作性左側(cè)肢體無力1月。圖1.2 rCBF、rCBV無明顯異常；圖3.4 rMTT、TTP示右側(cè)大腦半球灌注延遲；圖5 DSA示右ICA閉塞2顱內(nèi)占位性病變 評

9、價顱內(nèi)腫塊性病變時CBV是最有用的參數(shù)。測量CBV作為輔助指標(biāo)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(jiān)測治療效果等。反映新生血管程度的活體CBV圖，可用以間接評判腫瘤新生血管。 2.1 腦原發(fā)淋巴瘤 常規(guī)影像有時很難鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與多行膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。腦原發(fā)淋巴瘤可侵犯血管內(nèi)皮甚至侵入血管腔內(nèi)，但新生血管卻不明顯。因此腦原發(fā)淋巴瘤的rCBV明顯低于多形膠母的。 2.2原發(fā)性膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤的血管增生程度是決定病理學(xué)分級的重要參數(shù)之一，腫瘤惡性程度越高rCBV值越大，即多行膠母間變性星型細(xì)胞瘤低級別膠質(zhì)瘤，灌注成像能夠在活體上快速而幾乎無創(chuàng)的量化反映組織的血管生成及分布情況

10、，從而達(dá)到對膠質(zhì)瘤分級的目的。 2.3 腦轉(zhuǎn)移瘤 孤立實性轉(zhuǎn)移常與原發(fā)腫瘤鑒別。兩者病灶區(qū)rCBV表現(xiàn)相近，灶周水腫區(qū)差異顯著，原發(fā)腫瘤明顯高于轉(zhuǎn)移瘤。這可能就是轉(zhuǎn)移瘤周圍僅僅是單純水腫而原發(fā)腫瘤除水腫外還有瘤細(xì)胞侵潤的本質(zhì)差異的反應(yīng)。3 其他應(yīng)用 3.1缺血性腦白質(zhì)疏松癥 MR PWI顯示缺血性腦白質(zhì)疏松癥病人腦白質(zhì)的rCBF下降 ,而腦灰質(zhì)的 rCBF卻正常 。 3.2老年性癡呆 MR PWI在此病早期診斷中有一定的臨床作用 ,顳頂感覺運動及海馬皮質(zhì)區(qū)血液動力學(xué)改變是功能和認(rèn)識損害的表達(dá) 。 3.3創(chuàng)傷性腦損傷 腦創(chuàng)傷后 ,腦血管發(fā)生改變導(dǎo)致腦缺血和進(jìn)一步細(xì)胞損害 ,它可導(dǎo)致多種病理變化 ,MR PWI上腦損傷區(qū)域都可存在異常的 CBV 。 3.4腦靜脈或硬腦膜竇血栓 MR PWI能顯示腦組織