CTMRI灌注成像的基本原理及其臨床應(yīng)用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——CTMRI灌注成像的基本原理及其臨床應(yīng)用復(fù)旦大學(xué)研究生課程教學(xué)講義

功能成像在腫瘤診斷中的應(yīng)用

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像中心

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目錄

1．CT、MRI灌注成像的基本原理及其臨床應(yīng)用--彭衛(wèi)軍(2)2.磁共振彌散成像的基本原理及臨床應(yīng)用顧雅佳(14)3．質(zhì)子磁共振波譜基本原理及其在顱內(nèi)腫瘤診斷中的應(yīng)用周正榮(25)4．BOLD-fMRI腦功能成像周良平(42)5．PET,SPECT在腫瘤診斷中的應(yīng)用

章英劍(64)

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CT、MRI灌注成像的基本原理及其臨床應(yīng)用復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像中心彭衛(wèi)軍吳斌

灌注（Perfusion）是血流通過毛細(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。灌注成像(perfusionimaging)是建立在滾動(dòng)效應(yīng)基礎(chǔ)上成像方法，與磁共振血管成像不同的是，它觀測的不是血液滾動(dòng)的宏觀滾動(dòng)，而是分子的微觀運(yùn)動(dòng)。利用影像學(xué)技術(shù)進(jìn)行灌注成像可測量局部組織血液灌注，了解其血液動(dòng)力學(xué)及功能變化，對(duì)臨床診斷及治療均有重要參考價(jià)值。灌注成像主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是采用對(duì)水分子微量運(yùn)動(dòng)敏感的序列來觀測人體微循環(huán)的灌注狀況，二是通過造影劑加強(qiáng)方法來動(dòng)態(tài)的研究器官，組織或病灶區(qū)微血管灌注狀況。腫瘤的灌注研究可以評(píng)價(jià)腫瘤的血管分布，了解腫瘤的性質(zhì)和觀測腫瘤對(duì)于放射治療和/或化療后的反應(yīng)。

一、灌注成像的原理、技術(shù)及相關(guān)序列

核醫(yī)學(xué)對(duì)局部組織血流灌注成像的研究較早，CT、MRI灌注技術(shù)為近年來發(fā)展較為迅速的成像方法。

1．CT灌注

CT灌注（CTperfusion）技術(shù)最早由Miles于1991年提出，并先后對(duì)肝、脾、胰、腎等腹部實(shí)質(zhì)性臟器進(jìn)行了CT灌注成像的動(dòng)物試驗(yàn)和臨床應(yīng)用的初步探討。所謂CT灌注成像是指在靜脈注射對(duì)比劑同時(shí)，對(duì)選定層面通過連續(xù)屢屢同層掃描，以獲得該層面每一像素的時(shí)間－密度（time-densitycurve，TDC）曲線，其曲線反映的是對(duì)比劑在該器官中映了組濃度的變化，間接反織器官灌注量的變化。根據(jù)該曲線利用不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出血流量(bloodflow,BF)、血容量(bloodvolume,BV)、對(duì)比劑平均通過時(shí)間(meantransittime,MTT)、對(duì)比劑峰值時(shí)間（Transittimetothepeak，TTP、毛細(xì)血管通透性等參數(shù)，對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行圖像重建和偽彩染色處理得到上述各參數(shù)圖。CT灌注成像的理論基礎(chǔ)為核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理

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和中心容積定律(centralvolumeprinciple)：BF=BV/MTT。BF指在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一定量組織血管結(jié)構(gòu)的血流量(ml/min/ml)；BV指存在于一定量組織血管結(jié)構(gòu)內(nèi)的血容量(ml/g)；MTT指血液流經(jīng)血管結(jié)構(gòu)時(shí),包括動(dòng)脈、毛細(xì)血管、靜脈竇、靜脈，所經(jīng)過的路徑不同，其通過時(shí)間也不同，因此用平均通過時(shí)間表示，主要反映的是對(duì)比劑通過毛細(xì)血管的時(shí)間(S)；TTP指TDC上從對(duì)比劑開始出現(xiàn)到對(duì)比劑達(dá)峰值的時(shí)間(S)。加強(qiáng)CT所用的碘對(duì)比劑基本符合非彌散型示蹤劑的要求，所以可以借用核醫(yī)學(xué)灌注成像的原理。CT灌注成像使用的數(shù)學(xué)方法主要有兩種：非去卷積法和去卷積法。前者忽略對(duì)比劑的靜脈流出，假定在沒有對(duì)比劑外滲和消除對(duì)比劑再循環(huán)的狀況下，即對(duì)比劑首過現(xiàn)象（對(duì)比劑由動(dòng)脈進(jìn)入毛細(xì)血管到達(dá)靜脈之前一段時(shí)間內(nèi)，沒有對(duì)比劑進(jìn)入靜脈再次循環(huán)的現(xiàn)象）去計(jì)算BF、BV、MTT等參數(shù)。而去卷積數(shù)學(xué)模型概念繁雜，主要反映的是注射對(duì)比劑后組織器官中存留的對(duì)比劑隨時(shí)間的變化量，其并不用對(duì)組織器官的血滾動(dòng)力學(xué)狀況預(yù)先做一些人為的假設(shè)，而是根據(jù)實(shí)際狀況綜合考慮了流入動(dòng)脈和流出靜脈進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算處理，因此更真實(shí)反映組織器官的內(nèi)部狀況?？傊?，非卷積數(shù)學(xué)方法概念相對(duì)簡單，便于理解，但易低估BF，注射對(duì)比劑進(jìn)要求注射流率大，增加了操作難度和危險(xiǎn)性。而去卷積數(shù)學(xué)方法計(jì)算偏差小，注射速度要求不高（一般4～5ml/s），預(yù)計(jì)去卷積法將會(huì)被廣泛應(yīng)用。

CT灌注是最早應(yīng)用的影像學(xué)功能成像方法之一，1983年Axel首次利用動(dòng)態(tài)CT掃描技術(shù)和對(duì)比劑團(tuán)注射法獲得了腦的CBF和CBV定量數(shù)值。由于受當(dāng)時(shí)CT掃描速度原因的限制，此項(xiàng)技術(shù)沒有在臨床應(yīng)用。經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)較為成熟。隨著多排CT的推廣應(yīng)用，CT灌注已經(jīng)從單層面的灌注發(fā)展到多層面灌注，大大提高了時(shí)間及空間分辯率。

2．磁共振灌注成像（Perfusion-weightedMRimaging，PWI）磁共振灌注成像是指用來反映組織的微血管灌注分布及血流灌注狀況的磁共振檢查技術(shù)。目前依據(jù)其成像原理可大致分為二種類

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型，即對(duì)比劑首過灌注成像、動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記技術(shù)。

對(duì)比劑首過灌注成像屬于動(dòng)態(tài)加強(qiáng)磁共振成像（dynamiccontrastenhancedMRI，DCEMRI）范疇。動(dòng)態(tài)加強(qiáng)磁共振成像技術(shù)的方法與CT加強(qiáng)掃描方法大致一致，所不同的是注入順磁性造影劑如Gd-DTPA。順磁性的釓劑一進(jìn)入毛細(xì)血管床便在毛細(xì)血管內(nèi)外建立起多個(gè)小的局部磁場，即形成一定的磁敏感性區(qū)別，類似于在毛細(xì)管與組織間建立了無數(shù)小梯度磁場，這樣不僅使組織質(zhì)子所經(jīng)歷的磁場均勻性降低，而且導(dǎo)致質(zhì)子相位相干的損失，即加速了質(zhì)子的失相位過程，從而使組織的T1、T2時(shí)間均縮短。這時(shí)使用T2*敏感序列進(jìn)行測量，即可觀測到組織信號(hào)的顯著減小，即所謂的“負(fù)性加強(qiáng)（negativeenhancement）〞；假使用對(duì)T1時(shí)間敏感的序列檢查，則表現(xiàn)為組織的正性加強(qiáng)。這種方法能綜合評(píng)價(jià)組織灌注，血容量以及血管的滲透率。雖然這種方法簡便，實(shí)用，但也有其局限性：首先，順磁性造影劑對(duì)T1和T2時(shí)間都有影響，其濃度與加強(qiáng)的程度不成線性關(guān)系，所以不能像CT那樣進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)；其次，現(xiàn)在臨床使用的磁共振機(jī)器的空間和時(shí)間分辯率都不夠，以前多項(xiàng)選擇擇T1-動(dòng)態(tài)加強(qiáng)最強(qiáng)的部分層面進(jìn)行單層面T2*－首過灌注，但T1動(dòng)態(tài)加強(qiáng)與多種因素有關(guān)，如腫瘤組織的T1值、腫瘤的灌注狀況、腫瘤間質(zhì)的T1值、毛細(xì)血管密度及毛細(xì)血管的滲透性等。有時(shí)不能完全反映整個(gè)腫瘤的微血管灌注特征。只在腫瘤中一個(gè)感興趣層面進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，從而片面地反映腫瘤的整體狀況。當(dāng)然，新型磁共振掃描儀及EPI等快速成像序列的出現(xiàn)，使得對(duì)整個(gè)腫瘤的首過灌注成像已成為可能。EPI以一連串梯度回波為特征，單次激發(fā)EPI僅激發(fā)1次即可完成K空間的信號(hào)采集。因此在提高時(shí)間分辯率的同時(shí)又保證了高的空間分辯率。多層動(dòng)態(tài)的T2*首過MR灌注成像（DynamicsussuptibilitycontrastT2*-weightedimaging）能較全面的反映腫瘤的微血管灌注。

其次種是流入法，具體的技術(shù)有動(dòng)脈自旋標(biāo)記法（arteryspin-labeling），將血液水分子作為內(nèi)在的彌散標(biāo)記物，磁化標(biāo)記成像層面上游的動(dòng)脈血液內(nèi)水分子，然后觀測它彌散進(jìn)入組織的效

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應(yīng)，具體做法是在感興趣的層面之前即用反轉(zhuǎn)或預(yù)飽和技術(shù)將動(dòng)脈血中的水分子標(biāo)記，當(dāng)其進(jìn)入感興趣區(qū)，擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞外空間，并與未受干擾的組織自旋相作用，組織凈磁化矢量就變小，從而導(dǎo)致信號(hào)下降1%～2%。局部的信號(hào)強(qiáng)度取決于血流和T1馳豫間的相互作用，將標(biāo)記后獲得的圖像與未標(biāo)記所獲得的圖像比較可計(jì)算組織的灌注。目前反轉(zhuǎn)技術(shù)是較為理想的灌注成像方法，反轉(zhuǎn)可以得到雙倍的觀測效果，但是必需采用一系列技術(shù)來補(bǔ)償灌注定量測量的不完善性，其中包括修正磁化傳遞對(duì)比（magnetizationtransfercontrast，MTC）效應(yīng)，抑制宏觀血管效應(yīng)，確鑿估算動(dòng)脈血反轉(zhuǎn)的程度。動(dòng)脈血質(zhì)子標(biāo)記技術(shù)不需要注射外源性對(duì)比劑，可以獲得定量的血流數(shù)值。但是，它從使用標(biāo)記脈沖到標(biāo)記的動(dòng)脈血質(zhì)子到達(dá)成像層面使T1反轉(zhuǎn)需要較長的通過延遲時(shí)間，降低了灌注對(duì)比。因此，即使增加信號(hào)平均次數(shù)（這會(huì)增加成像時(shí)間），此技術(shù)的信噪比也較差。除了對(duì)序列設(shè)臵要求較高外，這種方法的另一個(gè)缺陷也是顯而易見的：它只是對(duì)特定感興趣層面的腫瘤灌注進(jìn)行評(píng)價(jià)，而不能代表整個(gè)腫瘤的灌注狀況，對(duì)腫瘤進(jìn)行多個(gè)層面的測定，理論上可以部分彌補(bǔ)這種偏倚。因此，目前臨床尚沒有廣泛應(yīng)用。

自旋標(biāo)記法不需要外源的對(duì)比劑，通過對(duì)感興趣層面采集沒自旋和自旋標(biāo)記后兩次不同的T1馳豫時(shí)間就可以通過公式定量地測定感興趣區(qū)內(nèi)血流的灌注量。PeterSchmitt等用這種方法對(duì)頭頸部鱗癌及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)進(jìn)行了放療前及放療中的定量灌注研究，結(jié)果顯示較高灌注率的腫瘤對(duì)放療有著較好的反應(yīng)表現(xiàn)，定量的灌注值（P值）可以作為一個(gè)獨(dú)立的預(yù)計(jì)因子來評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)放療的反應(yīng)及推斷腫瘤的預(yù)后。同時(shí)，由于該方法是對(duì)血流灌注進(jìn)行測定，它也可以用來對(duì)一些抗血管生成的藥物進(jìn)行療效評(píng)價(jià)。

二、灌注成像的臨床應(yīng)用（一）顱腦病變

1．腦缺血性病變通過對(duì)局部腦灌注的測量可了解有關(guān)生理功能及能量代謝的狀況，灌注測定對(duì)于腦缺血的診斷及治療均有重要意

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義。灌注成像分析腦血液動(dòng)力學(xué)改變，通過評(píng)價(jià)腦血流（cerebralbloodflow，CBF）、腦血容量(cerebralbloodvolume，CBV)及平均通過時(shí)間(meantransitiontime，MTT)來描述早期缺血性腦卒中患者腦血流低灌注區(qū)、阻塞區(qū)及缺血半暗帶區(qū)，由此獲得較完整的早期卒中的診斷信息。

當(dāng)腦血流量(CBF)降低到(10～20mL)〃100g-1〃min-1或皮層CBF降低到正常的40%、白質(zhì)CBF降低到正常的35%時(shí)，就引起腦組織的缺血反應(yīng)。目前公認(rèn)，腦缺血由中央的梗死區(qū)和周邊的由側(cè)支循環(huán)供血的半暗帶區(qū)構(gòu)成，后者神經(jīng)元電活動(dòng)中止，側(cè)支供血僅能維持細(xì)胞膜穩(wěn)定，長期的低灌注終將導(dǎo)致梗死，溶栓治療的主要目的是恢復(fù)腦缺血半暗帶區(qū)的血供。

灌注成像技術(shù)能發(fā)現(xiàn)早期腦缺血區(qū)及其血液動(dòng)力學(xué)改變，能在腦缺血后30min即明白顯示缺血區(qū)。故目前主要應(yīng)用于急性腦缺血病人（發(fā)病6小時(shí)以內(nèi)）或超急性腦缺血病人（發(fā)病3小時(shí)以內(nèi)）的早期診斷。PWI可以提供必要的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過綜合分析這些參數(shù)可以把握組織血液供給的具體狀況：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，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。急性腦缺血期病灶中心血流灌注嚴(yán)重減少，rCBV的減少是最直觀的指標(biāo)，它反映單位質(zhì)量內(nèi)血容量減少。當(dāng)腦局部灌注壓下降時(shí)，腦組織可以通過一定的自我調(diào)理機(jī)制使局部血管床擴(kuò)張以增加血容量來代償。研究說明急性腦缺血發(fā)作后，過度灌注和持續(xù)的灌注不足可同時(shí)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狀況，有望幫助臨床及時(shí)判斷病變進(jìn)展。

2．顱內(nèi)占位性病變?cè)u(píng)價(jià)顱內(nèi)腫塊性病變時(shí)CBV是最有用的參數(shù)。測量CBV作為輔助指標(biāo)有助于評(píng)判腦腫瘤的新生血管程度、分級(jí)和惡性度，鑒別腫瘤樣病變，監(jiān)測治療效果等。血管形態(tài)和新生程度是區(qū)分顱內(nèi)腫瘤類型、確定其生物學(xué)侵襲程度的重要依據(jù)。反映腫瘤

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血管化程度的活體CBV圖，可用以間接評(píng)判腫瘤新生血管。研究說明，灌注成像測量的rCBV與常規(guī)血管造影的腫瘤血管染色及組織病理新生血管的測量相關(guān)性好。

（1）原發(fā)膠質(zhì)瘤膠質(zhì)瘤的血管增生程度是決定病理學(xué)分級(jí)的重要參數(shù)之一，目前臨床上采用微血管密度計(jì)數(shù)作為評(píng)價(jià)膠質(zhì)瘤血管生成的金標(biāo)準(zhǔn)，隨著膠質(zhì)瘤惡性程度的提高，其微血管密度也在提高。而從總體上看，腫瘤惡性程度越高rCBV值越大，即多形膠母>間變性星形細(xì)胞瘤>低級(jí)別膠質(zhì)瘤，灌注成像能夠在活體上快速而幾乎無創(chuàng)地量化反映組織的血管生成及分布狀況，從而達(dá)到對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)的目的。

（2）立體定向引導(dǎo)活檢活檢是確定腫瘤類型和級(jí)別的最終方法，但只有從腫瘤惡性度最高處采樣才能確鑿分級(jí)。常規(guī)加強(qiáng)CT或MRI所顯示的加強(qiáng)區(qū)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(qū)，對(duì)于常規(guī)檢查不加強(qiáng)的腫瘤，更是一個(gè)有效的補(bǔ)充。

（3）評(píng)價(jià)治療效應(yīng)抗血管生成藥物的進(jìn)展使其能夠主動(dòng)選擇性分開破壞腫瘤血管，可附加于腦腫瘤化療方案中。膠質(zhì)瘤手術(shù)、放療、化療后均需要影像檢查評(píng)價(jià)腫瘤活性，但常規(guī)CT或MRI加強(qiáng)并不能確鑿顯示腫瘤進(jìn)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的測量與加強(qiáng)MRI相比能更好地反映患者臨床狀況的變化。

（4）鑒別膠質(zhì)瘤腫瘤復(fù)發(fā)和治療性壞死鑒別腫瘤復(fù)發(fā)和放射性壞死對(duì)治療方案選擇很重要，常規(guī)影像和臨床檢查往往很難鑒別遲發(fā)放射性壞死和腫瘤復(fù)發(fā)。在病理上兩者表現(xiàn)迥異，放射性壞死為廣泛血管損傷和組織缺氧，而腫瘤復(fù)發(fā)為血管新生。在所有影像學(xué)方法中，PET對(duì)鑒別較有幫助；但設(shè)備昂貴，不能作為常規(guī)診斷手段。灌注成像的CBV圖能夠反映腫瘤復(fù)發(fā)和放射性壞死在血管分布上的病理差異。

（5）腦膠質(zhì)瘤病腦膠質(zhì)瘤病是一種罕見腫瘤，病理特征是

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中度多形的膠質(zhì)細(xì)胞沿正常結(jié)構(gòu)內(nèi)浸潤而不破壞它，病變區(qū)細(xì)胞數(shù)量增多但無腦實(shí)質(zhì)破壞和新生血管。灌注成像顯示病變區(qū)缺乏血管增生，rCBV甚至低于正常、未受累的腦白質(zhì)。

（6）腦轉(zhuǎn)移瘤腦轉(zhuǎn)移瘤多為血行轉(zhuǎn)移，在其生長中產(chǎn)生無屏障的新生血管網(wǎng)；瘤周常伴不同程度水腫，但其內(nèi)的毛細(xì)血管床正常；腫瘤邊緣以外無腫瘤細(xì)胞浸潤。孤立、實(shí)性轉(zhuǎn)移常需與原發(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)腫瘤的rCBV明顯高于轉(zhuǎn)移瘤，這可能就是轉(zhuǎn)移瘤周邊僅僅是單純水腫而原發(fā)腫瘤除水腫外還有瘤細(xì)胞浸潤的本質(zhì)差異的反映。

（7）腦原發(fā)淋巴瘤腦原發(fā)淋巴瘤的治療依靠聯(lián)合大劑量化療和放療而非手術(shù)。在診斷上,常規(guī)影像有時(shí)很難鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與多形膠質(zhì)母細(xì)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(fā)淋巴瘤組織病理上的一個(gè)顯著特征就是以血管為中心生長、形成多層環(huán)形結(jié)節(jié)并使血管周邊間隙擴(kuò)大。雖然腫瘤細(xì)胞可侵?jǐn)_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rCBV值。腦原發(fā)淋巴瘤有可能出現(xiàn)常規(guī)T1WI加強(qiáng)明顯加強(qiáng)而rCBV較低。有時(shí)與腫塊性脫髓鞘斑塊鑒別困難,兩者比較總體上腦原發(fā)淋巴瘤的rCBV較高。

（8）腦外腫瘤顱內(nèi)腦外腫瘤是指起源于顱內(nèi)非腦實(shí)質(zhì)組織如腦膜、硬膜、顱骨、腦室、脈絡(luò)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，所以加強(qiáng)顯著。一般狀況下常規(guī)影像檢查鑒別腦內(nèi)外腫瘤不難，當(dāng)腦內(nèi)腫瘤侵?jǐn)_硬膜或腦外腫瘤侵?jǐn)_腦實(shí)質(zhì)時(shí)會(huì)給定位診斷造成困難。腦外腫瘤的rCBV明顯高于腦內(nèi)腫瘤。值得注意的是由于腦外腫瘤沒有血腦屏障，造影劑很快漏出，rCBV的測量不可靠。灌注曲線特征是首次通過后基線恢復(fù)緩慢。

（二）腹部病變：

常規(guī)影像學(xué)檢查能反映出腹部實(shí)體腫瘤的大體形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，并由此作出可能的定性診斷；而灌注成像可以更進(jìn)一步地了解腫瘤的血供

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狀況、血管分布和血管通透性狀況，從而十分有助于對(duì)腫瘤的診斷及鑒別診斷、惡性腫瘤的分期以及對(duì)腫瘤治療療效的評(píng)價(jià)等。目前腹部腫瘤的灌注研究尚主要集中在肝臟、胰腺、腎臟疾病上。

1．肝臟的灌注研究：肝臟CT灌注成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)亦來源于核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律。在進(jìn)行肝臟CT灌注檢查時(shí)，采用電影（Cine）掃描模式，球管在病人同一部位連續(xù)曝光，在注入對(duì)比劑后8～12s開始掃描。MRI灌注成像的原理同CT相仿。成像序列可以是T1WI或T2*WI，GRE-EPIT2*WI序列常用于腦組織灌注成像，有較高的時(shí)間分辯率。但該序列用于肝臟時(shí)圖像穩(wěn)定性差且有明顯的偽影。由于肝臟的T2*時(shí)間明顯比腦組織短，超快速SPGRT2*WI序列圖像的SNR往往較低，不適合于肝臟T2*灌注成像。有學(xué)者認(rèn)為，只要參數(shù)適合，T1WI序列還是可以用于肝臟的血流灌注成像。現(xiàn)代CT或MRI灌注成像空間和時(shí)間分辯率均達(dá)到較高的水平，與CT相比，MRI灌注成像具有以下優(yōu)點(diǎn)：①具有更高的時(shí)間分辯率；②由于對(duì)比劑劑量小，團(tuán)注效果較好；③沒有輻射損傷；④TAE是治療原發(fā)性肝癌及轉(zhuǎn)移瘤的有效手段，治療后腫瘤組織內(nèi)新生血管的形成和血供的恢復(fù)是腫瘤“復(fù)活〞的標(biāo)志，但由于病灶內(nèi)有高密度的碘油殘留，CT灌注比較困難，而MRI灌注不受碘油的影響，因而可以用于TAE的療效評(píng)價(jià)和隨訪監(jiān)測。

（1）正常肝臟的灌注肝臟由肝動(dòng)脈和門靜脈兩套系統(tǒng)供血，因此肝臟的灌注狀況較為繁雜，必需分別評(píng)價(jià)其灌注狀況：肝動(dòng)脈灌注量HAP和門靜脈灌注量PVP，肝動(dòng)脈灌注指數(shù)HPI=HAP/(HAP+PVP),門靜脈灌注指數(shù)PPI=PVP/(HAP+PVP)。Miles等在肝灌注研究中用脾的TDC峰值來區(qū)分肝動(dòng)脈期和門靜脈期。各文獻(xiàn)報(bào)道中正常肝臟的HAP、PVP數(shù)值并不一致，這可能為所選的病例不同，對(duì)比劑的用量、注射速率、掃描持續(xù)時(shí)間不同所致。但總的來說，HAP/PVP≈1/4～1/3。目前肝灌注成像主要集中在肝硬變和肝腫瘤的鑒別診斷、隱匿性或微小肝轉(zhuǎn)移灶的檢測、肝移植和肝癌經(jīng)導(dǎo)管栓塞治療后肝臟灌注狀況的改變等方面。

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（2）肝硬變肝硬變時(shí)肝血管床被破壞、改建，導(dǎo)致了肝血流灌注狀態(tài)的改變。引起肝臟血供抗?fàn)幵黾樱T靜脈灌注減少。動(dòng)脈代償性生長會(huì)引起動(dòng)脈灌注增加，但常不能阻止肝臟總灌注量的下降。Miles等對(duì)肝灌注CT成像研究說明，肝硬變時(shí)門靜脈灌注量低于正常對(duì)照組,分別為0.17ml/(min〃ml)和0.34ml/(min〃ml)(P

在普通SE序列上均表現(xiàn)為T1加權(quán)像上的低信號(hào)和T2加權(quán)像上的高信號(hào)改變，并且加強(qiáng)后沒有加強(qiáng)。表皮樣囊腫為實(shí)質(zhì)性腫塊，主要由上皮細(xì)胞構(gòu)成，具有特別的層狀空間排列，導(dǎo)致水分子彌散受限；而且表皮樣囊腫的T2值十分長，有T2透過效應(yīng)的存在，在DWI圖像上表現(xiàn)為明顯的高信號(hào)，在ADC圖上類似腦灰白質(zhì)而低于CSF信號(hào)。相反，蛛網(wǎng)膜囊腫充滿液體，彌散不受限，浮現(xiàn)為十分高的ADC，在DWI圖像上類似CSF。

②腦膿腫和囊變或壞死的腦腫瘤：包囊期的腦膿腫和囊變壞死的腦腫瘤在普通的MR序列上也可有一致或相近的影像學(xué)表現(xiàn)，鑒別起來有一定的困難。DWI對(duì)于兩者的鑒別具有重要價(jià)值。腦膿腫的膿液是一種含有好多炎性細(xì)胞、細(xì)菌、壞死物以及蛋白分泌物的粘稠液體，明顯限制其內(nèi)的水分子的彌散速度、故ADC值明顯下降，DWI為高信號(hào)。腦腫瘤內(nèi)囊變或壞死區(qū)尋常僅包含少許壞死細(xì)胞碎屑、少量炎性細(xì)胞及清亮的漿液成分，其ADC值及DWI信號(hào)與腦脊液相像。

③腦淋巴瘤和原始神經(jīng)外胚層（PNET）的輔助診斷：DWI對(duì)二者的診斷有一定的幫助。淋巴瘤的ADC值和DWI信號(hào)分別明顯低于和高于其他常見的成人腫瘤，其ADC值低的原因很可能與其細(xì)胞密度較高等因素有關(guān)，PNET同樣由于細(xì)胞密度高，細(xì)胞外間隙小和腫瘤細(xì)胞的核漿比例較大等引起水分子彌散受限。

④腦腫瘤組織的細(xì)胞密度及腫瘤分級(jí)與ADC值有很高的相關(guān)性。尋常高度惡性腫瘤細(xì)胞密度較高，ADC值較低。膠質(zhì)瘤的細(xì)胞構(gòu)成與ADC值具有良好的相關(guān)性、并能指導(dǎo)腫瘤的分級(jí)。DWI對(duì)鑒別良、惡性腦膜瘤也具有意義。ADC值低傾向于惡性或高度非典型性腦膜瘤，而十分高的ADC值是由于某種特別的亞型（微囊腫型、分泌型、血管瘤樣）或有相關(guān)的病理異常（梗死樣壞死、出血）所致。

3．腦腫瘤邊界判斷：

普通的SE序列一般是通過腫瘤加強(qiáng)部分的邊界來界定腫瘤邊界，但是，對(duì)于沒有加強(qiáng)的腫瘤（如低級(jí)別膠質(zhì)瘤）以及對(duì)瘤周有浸潤的惡性腫瘤就很難確鑿判斷其界限。故DWI在判斷腦腫瘤界限上有

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一定的幫助，對(duì)放射治療的設(shè)野來說相當(dāng)重要。

4．腦腫瘤治療療效評(píng)價(jià)：

對(duì)腦腫瘤手術(shù)以及放、化療后狀況的確鑿評(píng)估一直以來是個(gè)難題。腦腫瘤的術(shù)后復(fù)發(fā)或殘留因具有較高的細(xì)胞密度和細(xì)胞外間隙小等原因，其ADC值低于術(shù)后殘腔，而DWI信號(hào)增高。但是就目前的研究來說，DWI信號(hào)和ADC值對(duì)腦腫瘤放療后損傷與腫瘤復(fù)發(fā)的鑒別價(jià)值尚在進(jìn)一步的探討中。

（二）腹部：

目前DWI在上腹部的臨床應(yīng)用主要集中在肝臟。肝臟DWI根據(jù)肝臟正常組織與病變組織（如肝癌、血管瘤、囊腫）的TE長短不同而選擇較多b值。

1、

肝臟迷漫性病變：

硬化肝組織的平均ADC值與正常肝組織相比明顯為低，ADC值的測量一定程度上能反映肝硬化的程度。但肝臟炎癥組織與纖維化組織的ADC值并無區(qū)別，DWI應(yīng)用于脂肪肝或肝炎等迷漫性肝疾病的報(bào)道甚少。

2、肝臟局灶性占位：

MR平掃甚至加強(qiáng)掃描鑒別肝惡性腫瘤（包括肝癌和實(shí)性轉(zhuǎn)移瘤）與良性含水腫塊（血管瘤及囊腫）有時(shí)尚存在困難。根據(jù)T1WI、T2WI的分析，約有20%～40%的病變難以鑒別。DWI及ADC值能在微觀水平上反映組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有助于肝局灶性病變的鑒別。在DWI上彌散快的組織ADC值大，信號(hào)衰減大，呈低信號(hào)；彌散慢的組織ADC值小，信號(hào)衰減小，呈高信號(hào)。

肝囊腫由于水分含量多和相對(duì)游離，其ADC值較肝血管瘤和肝癌大，隨著b值增大，DWI上信號(hào)變暗甚至消失；海綿狀血管瘤雖然主要由液體成分構(gòu)成，水分子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)自由，但血管瘤內(nèi)常有纖維間隔、瘢痕及出血，肝血竇中所含的血液黏滯度高于囊腫內(nèi)的囊液，因而其ADC值又低于囊腫，但要高于實(shí)性的惡性腫瘤，DWI上信號(hào)介于兩者之間；而肝癌ADC值在三者中最小，與肝癌內(nèi)血液黏滯度較高以及其內(nèi)

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間隔、出血、壞死等因素限制了分子彌散運(yùn)動(dòng)有關(guān)。肝惡性實(shí)性腫塊與海綿狀血管瘤及肝囊腫三者之間ADC值有明顯的差異，而且少有重疊。這樣分子功能狀態(tài)的表達(dá)就達(dá)到量化的程度，使人們不僅能通過表達(dá)組織成分的MR信號(hào)來判斷組織成分,而且還能通過ADC這一量化指標(biāo)來反映組織分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

（三）前列腺：

前列腺癌外周帶癌灶A(yù)DC值大大低于正常前列腺組織，同時(shí)亦低于良性前列腺增生的增生結(jié)節(jié)灶。前列腺癌癌灶T2WI呈短T2，DWI呈低ADC值。Song等認(rèn)為可能與其緊緊包裹的腺體成分有關(guān)，腺體內(nèi)粘液幾乎無運(yùn)動(dòng)空間，因此這種包裹成了水分子彌散運(yùn)動(dòng)的障礙；而增生結(jié)節(jié)灶呈長T2，上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞增生，基質(zhì)-上皮細(xì)胞的相互作用致前列腺腺體大量增殖，上皮細(xì)胞的分泌增加、腺體內(nèi)液性成明顯顯增多致水分子彌散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，故前列腺癌DWI呈十分低的ADC值，低于增生結(jié)節(jié)灶和正常前列腺組織，從而可對(duì)兩者進(jìn)行鑒別。另外DWI對(duì)前列腺癌是否侵?jǐn)_周邊組織，特別是對(duì)精囊腺的累及有很好的鑒別作用。

（四）骨髓：

由于正常紅、黃骨髓成份明顯不同，前者以造血組織為主，后者以脂肪組織為主，而紅、黃骨髓的分布與年齡、性別、不同骨骼及同一骨骼的不同部位有關(guān)。因此，導(dǎo)致體內(nèi)骨髓具有不同的MRI表現(xiàn)和DWI表現(xiàn)。Ward等研究顯示：健康者紅骨髓ADC值高于黃骨髓，而且彌散上具有方向性（各向異性彌散），多沿骨小梁的縱軸走向。脊柱骨髓DWI研究相對(duì)較多，盡管所用方法不同，但結(jié)果均顯示正常椎體骨髓彌散值較小，說明正常脊柱骨髓組織間隙中自由水成份較少。椎體DWI檢查則往往采用低b值。

1．骨髓創(chuàng)傷：

傳統(tǒng)放射學(xué)簡單顯示骨折，但不能顯示骨挫傷與創(chuàng)傷后骨髓水腫，常規(guī)MRI及DWI可對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。骨髓創(chuàng)傷的平均ADC值明顯高于正常骨髓。

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1．脊柱感染性病變(如椎間盤炎和骨髓炎)：

在DWI上，椎體膿腫和硬脊膜外膿腫與周邊正常組織相比呈顯著高信號(hào)，ADC圖上膿腫呈暗區(qū)。異常改變與膿腫內(nèi)容物的物理和生化成份有關(guān)。膿腔內(nèi)的膿汁常包含炎性細(xì)胞、細(xì)菌、壞死組織和富含蛋白的高粘稠液體，其水分子的運(yùn)動(dòng)速率明顯減低，微觀彌散運(yùn)動(dòng)也因此減低，導(dǎo)致ADC值減低，DWI上表現(xiàn)為信號(hào)強(qiáng)度增高，ADC圖上呈暗區(qū)。

2．

白血病骨髓：

MRI已成為白血病診斷、鑒別診斷及治療效果監(jiān)測的重要方法之一，DWI研究也有少量報(bào)道。Ballon等研究發(fā)現(xiàn)：治療前骨髓的平均ADC值無顯著性區(qū)別，達(dá)最大療效時(shí)，骨髓平均ADC值為治療前三倍左右。因此可將DWI視為監(jiān)測白血病療效的無創(chuàng)性檢查手段。

4、髓惡性淋巴瘤：

惡性淋巴瘤是原發(fā)于淋巴結(jié)和結(jié)外淋巴組織的惡性腫瘤，部分病例晚期可有骨髓受累，對(duì)其分型、分期及治療依靠于骨髓評(píng)價(jià)。因此，淋巴瘤治療前的骨髓成份分析十分重要。Yasumoto等研究發(fā)現(xiàn)淋巴瘤骨髓浸潤在DWI上呈高信號(hào)。有學(xué)者認(rèn)為，惡性淋巴瘤骨髓浸潤時(shí)，瘤細(xì)胞代替骨髓中的脂肪細(xì)胞，導(dǎo)致骨髓水含量增加，T2透過效應(yīng)似乎是高信號(hào)的主要原因。

5、脊椎病理性壓縮骨折：

脊椎壓縮性骨折常見，良、惡性壓縮性骨折的鑒別診斷一直是臨床診斷的難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)放射學(xué)及常規(guī)MR成像缺乏特異性，DWI已成為其鑒別診斷的重要方法，目前有關(guān)這方面的研究越來越多。Baur等對(duì)急性良、惡性椎體壓縮骨折進(jìn)行的前瞻性研究：骨質(zhì)疏松骨折與鄰近正常骨髓相比呈等或低信號(hào)，而轉(zhuǎn)移性椎體壓縮骨折呈高信號(hào)。認(rèn)為，DWI可對(duì)急性良性和腫瘤性椎體壓縮骨折進(jìn)行可靠的鑒別診斷，具有高度的敏感性和特異性。良、惡性椎體壓縮骨折的病理改變不同：急性良性椎體壓縮骨折由于水腫和出血引起骨髓內(nèi)自由水增加，導(dǎo)致細(xì)胞外容積(細(xì)胞間質(zhì)間隙)增加，引起骨折椎體內(nèi)水分子

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運(yùn)動(dòng)增加，因此其ADC值增高，在DWI上呈低信號(hào)。惡性椎體壓縮骨折由于腫瘤組織密集填塞，導(dǎo)致細(xì)胞外容積(細(xì)胞間質(zhì)間隙)相對(duì)減少，水分子運(yùn)動(dòng)相對(duì)減弱，因此其ADC值低于急性良性椎體壓縮骨折，在DWI上呈高信號(hào)。借此可區(qū)分良、惡性椎體壓縮骨折。

（五）乳腺病變：

乳腺良性病變的ADC值要高于乳腺癌，那是由于乳腺良性病變的細(xì)胞外空間明顯大，這可能是良惡性病變ADC值差異的機(jī)理。另外在腋淋巴結(jié)陽性的而其他影像檢查陰性的隱匿性乳腺癌中對(duì)病灶的檢出DWI也有一定的作用；對(duì)局部進(jìn)展期乳腺癌新輔助化療的評(píng)價(jià)也有一定的作用。

七、彌散成像的缺陷及不足

1．DWI圖像分辯率較低，矩陣多為128×128，腫瘤組織與周邊組織的對(duì)比均不如加強(qiáng)后的T1WI，在分析DWI圖像時(shí)應(yīng)結(jié)合常規(guī)MRI。

2．血液灌注對(duì)ADC值的影響不能忽視，根據(jù)CT及MRI動(dòng)態(tài)加強(qiáng)表現(xiàn)，將實(shí)性腫塊分為富血供與乏血供兩類。發(fā)現(xiàn)在用小b值差(30s/mm2、300s/mm2)檢測病灶A(yù)DC值時(shí)，富血供病變ADC值高于乏血供病變；用大b值差(30s/mm2、1100s/mm2)則無此表現(xiàn)。由此可見，DWI及ADC值不僅反映組織的水分子彌散運(yùn)動(dòng)，而且還可能從某種程度上反映其血供狀況，同時(shí)也提醒血液灌注可能對(duì)低b值DWI影響較大，分析小b值彌散時(shí)要考慮這個(gè)因素。

3．小病灶漏診或ADC值不準(zhǔn)為了計(jì)算出ADC值或擬合出ADC圖像，必需使用至少兩種不同b值采樣成像。二次成像時(shí)，若位臵匹配不良或EPI產(chǎn)生嚴(yán)重的化學(xué)位移，將影響小病灶的ADC值確鑿測定或造成小病灶漏診。

4．嚴(yán)重圖像扭曲變形EPI對(duì)磁場不均勻極為敏感，在組織和含氣的界面易產(chǎn)生嚴(yán)重圖形扭曲變形，甚至導(dǎo)致無法獲取理想的ADC圖像。

5．EPI固有的特點(diǎn)使圖像產(chǎn)生各種各樣的偽影工作。

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波譜中化學(xué)位移區(qū)別小的波峰區(qū)分開。尋常用波峰的半高全寬（FWDH）來判斷磁場的均勻性。要獲得滿意的

31

P波譜，也要進(jìn)行勻場。

4．偶極-偶極相互作用：可使線寬大大增加，但人體內(nèi)液體含量高，液體分子為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，則偶極-偶極相互作用的影響幾乎為零。

三、常見代謝產(chǎn)物的1HMRS共振峰1．NAA：

氮-乙酰天門冬氨酸峰。主峰位于2.0ppm處。主要包括N-乙酰天門冬氨酸（NAA）及少許N-乙酰天門冬氨酸-谷氨酸（NAAG）。NAA的作用目前還不明白，因其主要位于神經(jīng)元及其軸索上，故公認(rèn)為神經(jīng)元的標(biāo)志。NAA的降低甚至消失代表了神經(jīng)元數(shù)量的減少及缺失。

2．Cr+Pcr：

肌酸-磷酸肌酸峰。共振峰位于3.0ppm及3.94ppm，主峰在3.0ppm。包括肌酸、磷酸肌酸及少量γ-氨基丁酸、賴氨酸及谷胱甘肽。作為高能磷酸鹽的儲(chǔ)存形式及ATP、ADP的緩沖劑。因其含量在各種病理狀態(tài)下較穩(wěn)定，故常用作參考值比較其他代謝產(chǎn)物的變化。

3．Cho：

含膽堿類化合物。共振峰位于3.2ppm，包括磷酸膽堿、甘油磷酸膽堿及磷脂酰膽堿等。膽堿與細(xì)胞膜磷脂的分解和合成有關(guān)，參與細(xì)胞膜的構(gòu)成，還是神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿的前體。

4．mI：

肌醇峰。共振峰位于3.56ppm及4.06ppm，其主要作用為調(diào)理滲透壓、營養(yǎng)細(xì)胞、抗氧化作用及生成表面活性物質(zhì)等。

5．Lac：

乳酸峰。共振峰位于1.3ppm，來源于葡萄糖的無氧代謝產(chǎn)物乳酸。當(dāng)機(jī)體有缺血、缺氧時(shí)，常可觀測到此峰。一般認(rèn)為，Lac峰升高與惡性或侵襲性很高的腫瘤有關(guān)，亦有可能與含壞死組織有關(guān)，治療后出現(xiàn)Lac峰可能與治療后腦水腫、血腦屏障破壞有關(guān)。在PRESS序列中可通過改變TE值來鑒別此峰，TE=135ms時(shí)為倒臵雙峰，

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TE=270ms時(shí)為正臵雙峰。

筆者報(bào)道的68例腦腫瘤中有18例出現(xiàn)Lac峰，其中治療前12例，治療后6例，2例為惡性腦膜瘤、3例為高級(jí)膠質(zhì)瘤（2例為治療后出現(xiàn)）、12例為轉(zhuǎn)移瘤（4例為治療后出現(xiàn)）、1例為淋巴瘤。

6．GLX：

谷氨酰胺及谷氨酸復(fù)合物峰。共振峰位于2.2～2.4ppm（β+γ峰）及3.6～3.8ppm（α峰），谷氨酸是一種興奮性氨基酸，可與氨生成谷氨酰胺而參與腦內(nèi)氨的解毒作用，同時(shí)還是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸合成的前體，具有興奮性作用，在腦組織缺血缺氧狀態(tài)及肝性腦病時(shí)增高。

7．Ala：

苯丙氨酸峰。位于1.47ppm，PRESS序列短TE時(shí)表現(xiàn)為倒臵單峰，長TE時(shí)則翻轉(zhuǎn)為正臵。此峰不常出現(xiàn)，腦膜瘤出現(xiàn)的幾率為其它腫瘤的4倍。

筆者等報(bào)道的68例腦腫瘤中有9例出現(xiàn)苯丙氨酸峰，均在腦膜瘤組。

8．Lip：

脂質(zhì)峰。正常腦組織脂質(zhì)峰可出現(xiàn)于0.8、1.2、1.5及6.0ppm等處，是由甲基、亞甲基、等位基和不飽和脂肪酸的乙烯基組成。但采用PRESS序列后它們均被抑制。腦腫瘤病例可在1.3ppm處出現(xiàn)一正臵的脂質(zhì)峰。若發(fā)現(xiàn)異常增高的Lip峰則一般預(yù)示著病變的惡性度很高，代表組織壞死后的代謝產(chǎn)物的聚集、游歷的脂肪酸、乳酸的產(chǎn)生以及氨基酸的殘留等，惡性腫瘤及腫瘤放療后出現(xiàn)較多。

筆者等報(bào)道的68例腦腫瘤中有16例出現(xiàn)Lip峰，均為惡性程度較高的腫瘤。其中2例為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，3例出現(xiàn)在放射性壞死中，1例為淋巴瘤，其余10例均為轉(zhuǎn)移瘤，且5例為孤立高峰即“死亡峰〞（Deathpeak）。

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四、各種代謝物的正常值

Nicola等對(duì)不同部位進(jìn)行測量，灰質(zhì)NAA/Cr為2.5±0.14，Cho/Cr為1.0±0.10；額葉白質(zhì)NAA/Cr為3.1±0.23、Cho/Cr為1.6±0.18；腦室周邊白質(zhì)NAA/Cr為3.6±0.39、Cho/Cr為1.6±0.16；枕葉白質(zhì)NAA/Cr為3.0±0.21、Cho/Cr為1.3±0.15。隨著年齡的增長，NAA含量每十年減少2.5％，這與組織學(xué)上的神經(jīng)元減少、容積MR測量灰質(zhì)減少、神經(jīng)元功能減退有關(guān)；Cho含量在白質(zhì)中高于灰質(zhì)，隨年齡增長而增加，這是由于細(xì)胞膜的破壞和鞘磷脂的合成增加所致；Cr的含量在灰質(zhì)高于白質(zhì)，并隨年齡而增加，這與膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增加有關(guān)。

Tsuyoshi等檢查90例志愿者發(fā)現(xiàn)NAA/Cho在20歲以前持續(xù)增長，在第三個(gè)十年后期開始持續(xù)穩(wěn)定下降；NAA/Cho的峰值男性比女性提前1.4～3.2年，但是NAA/Cho的下降曲線以男性較為陡直，可能與性激素有關(guān)；NAA/Cho在男性表現(xiàn)有偏側(cè)性，而女性表現(xiàn)為兩側(cè)均衡。

臨床上要了解細(xì)胞損傷和組織破壞狀況，檢測各種代謝物的絕對(duì)濃度更有意義。Kapeller等對(duì)12例志愿者進(jìn)行測量，灰質(zhì)：NAA8.3±1.0mmol/L，Cho1.0±0.2mmol/L，Cr/PCr5.9±0.8mmol/L，mI4.5±0.6mmol/L；白質(zhì)：NAA8.4±0.6mmol/L，Cho1.2±0.1mmol/L，Cr/PCr4.4±1.03mmol/L，mI3.5±0.4mmol/L。歐洲多醫(yī)學(xué)中心協(xié)作臨床試驗(yàn)測得：NAA11.1±2.11mmol/Kg，Cho2.2±0.37mmol/Kg，Cr7.7±1.54mmol/Kg，并比較三種代謝物測量方法，認(rèn)為體內(nèi)水標(biāo)法（internal-waterstandardmethod）在多臺(tái)MR儀上應(yīng)用數(shù)據(jù)變異最小，可重復(fù)性最好。

五、常見顱內(nèi)腫瘤的1HMRS表現(xiàn)

盡管人腦不同部位的波譜值有所差異，但正常腦組織波譜兩側(cè)基本對(duì)稱，而所有腫瘤病變側(cè)與正常對(duì)側(cè)比較均有明顯差異。

對(duì)腦腫瘤的

1

HMRS研究常采用病變側(cè)與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位的對(duì)比研

究。各化合物的比值較其信號(hào)值更確鑿，臨床意義更大。

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（一）膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤是腦內(nèi)最常見的腫瘤，根據(jù)腫瘤的良惡性等級(jí)不同，波譜亦有所差異。NAA位于神經(jīng)元及其軸索中，因此常被視為神經(jīng)元的標(biāo)志。膠質(zhì)瘤NAA峰值降低，Cho增高，NAA/Cho、NAA/Cr比值降低，Cho/Cr比值增高。出現(xiàn)壞死時(shí)可見Lac峰。低級(jí)別與高級(jí)別膠質(zhì)瘤在NAA/Cho、NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值上均有明顯差異。

腫瘤區(qū)域NAA波峰明顯下降或不能測出。NAA下降幅度的不同，一方面是由于體素的設(shè)定不同及周邊組織的容積效應(yīng)，另一方面腫瘤區(qū)域尚有存活的神經(jīng)元。由于腫瘤組織的高細(xì)胞構(gòu)成，瘤細(xì)胞的破壞及合成較快，細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換加速，Cho峰明顯增高，這是膠質(zhì)瘤波譜較為特征的表現(xiàn)，Chris等測量腫瘤與對(duì)側(cè)正常組織Cho的比值為1.6±0.7。

Cho含量的增加是與臨床狀況的惡化相平行的。對(duì)膠質(zhì)瘤的惡性度隨訪顯示所有的進(jìn)展病例Cho信號(hào)強(qiáng)度增加超過45%，而穩(wěn)定病例的Cho信號(hào)強(qiáng)度增加不超過35%。

由于腫瘤細(xì)胞的無氧酵解及不同程度缺血，局部乳酸信號(hào)增高，而且乳酸可促進(jìn)未分化細(xì)胞增殖，其信號(hào)加強(qiáng)提醒腫瘤增長較快，似可提醒預(yù)后不良。但乳酸峰的存在不能反映腫瘤的良、惡性。

在高度惡性膠質(zhì)瘤中可見脂質(zhì)峰，這是由于瘤細(xì)胞壞死所致。關(guān)于膠質(zhì)瘤的分級(jí)，Martin等認(rèn)為Ⅰ～Ⅱ級(jí)Cho/NAA最大值為1.3；而Ⅲ級(jí)Cho/NAA的最大值大于2.5，并可見Lac峰；Ⅳ級(jí)可以出現(xiàn)Lac峰和Lipid峰，且Cho/NAA的最大值可達(dá)8.9。Mauricio等認(rèn)為低的mI/Cr見于較高度惡性的膠質(zhì)瘤，Ⅲ級(jí)為0.33±0.16，Ⅳ級(jí)為0.15±0.12；高的mI/Cr見于低度惡性膠質(zhì)瘤，為0.82±0.25；對(duì)照組為0.49±0.07。

文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)51例星形細(xì)胞瘤（毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤1例，迷漫性星形細(xì)胞瘤23例，間變性星形細(xì)胞瘤3例，膠母細(xì)胞瘤24例）手術(shù)患者行二維多體素和單體素PRESS144ms序列掃描，其中18例患者行二維多體素STEAM35ms掃描，F(xiàn)unctool軟件包后處理，分析有強(qiáng)

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化表現(xiàn)的低度惡性星形細(xì)胞腫瘤中加強(qiáng)和無加強(qiáng)部分、低度惡性星形細(xì)胞腫瘤中心和周邊部分、高度惡性星形細(xì)胞腫瘤內(nèi)加強(qiáng)和低加強(qiáng)部分以及星形細(xì)胞腫瘤瘤周區(qū)域的代謝差異；6例亞急性、慢性腦阻塞和低度星形細(xì)胞腫瘤相比較，6例炎性病灶和7例B細(xì)胞型淋巴瘤和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤相比較。

結(jié)果顯示：

①有加強(qiáng)表現(xiàn)的低度惡性星形細(xì)胞腫瘤加強(qiáng)部分和低/無加強(qiáng)部分代謝無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，低度惡性星形細(xì)胞腫瘤實(shí)質(zhì)的中心和周邊部分在Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr之間有顯著性差異；

②高度惡性星形細(xì)胞腫瘤加強(qiáng)和低加強(qiáng)部分在Cho/NAA、NAA/Cr之間有顯著性差異，Cho/Cr無差異；

③低度惡性星形細(xì)胞腫瘤瘤周區(qū)域1與對(duì)側(cè)之間Cho/Cr、Cho/NAA有顯著性差異，瘤周區(qū)域2、3與對(duì)側(cè)之間各項(xiàng)指標(biāo)之間均無差異；

④高度惡性星形細(xì)胞腫瘤瘤周區(qū)域與對(duì)側(cè)之間差異明顯；⑤低度惡性星形細(xì)胞腫瘤中心部分和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤加強(qiáng)實(shí)質(zhì)Cho/Cr、Cho/NAA之間有顯著性差異，前者為1.965±0.101和4.037±0.497，后者為3.513±0.299和7.103±1.033；瘤周水腫1、2、3之間均存在差異；

⑥間變性星形細(xì)胞瘤和膠母細(xì)胞瘤在Lip/Cr、Cho/Cr之間存在差異；

⑦低度惡性星形細(xì)胞腫瘤和亞急性慢性腦阻塞、高度惡性星形細(xì)胞腫瘤加強(qiáng)部分以及炎性病灶實(shí)質(zhì)之間在Cho/NAA有顯著差異；

⑧淋巴瘤和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤實(shí)質(zhì)加強(qiáng)部分Cho/NAA之間有差異，但是瘤周區(qū)域未見差異。

結(jié)論說明：

①低度惡性星形細(xì)胞腫瘤中存在腫瘤實(shí)質(zhì)周邊和中心部分的代謝差異，但是加強(qiáng)與否不存在代謝差異；

②高度惡性星形細(xì)胞腫瘤加強(qiáng)和低/無加強(qiáng)部分在Cho/Cr之間

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無差異。Lip/Cr、Cho/Cr在間變性星形細(xì)胞瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間有差異；

③低度和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤在實(shí)質(zhì)和瘤周區(qū)域惡性浸潤程度上存在差異，可以用于鑒別診斷；

④Cho/NAA（CNI）設(shè)定為2.5對(duì)星形細(xì)胞腫瘤和非腫瘤之間的鑒別有幫助。低度和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤的CNI范圍存在重疊，鑒別二者仍需結(jié)合病灶周邊區(qū)域的變化；

⑤淋巴瘤和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤之間的磁共振波譜鑒別較為困難。

（二）腦膜瘤

理論上，腦膜瘤缺乏NAA和Cr信號(hào)，Cho信號(hào)明顯升高。丙氨酸在腦膜瘤的含量較星形細(xì)胞瘤和少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤高3~4倍。瘤周2cm處Lac/Cho＋Cr為0.26±0.18；瘤周4cm處Lac/Cho＋Cr為0.12±0.01。血管外皮瘤的生物學(xué)行為不同于腦膜瘤，兩者肌醇的含量有顯著差異：13.41±0.87μmol/gvs1.21±0.27μmol/g；前者mI/TMA均大于0.9，而后者該比值均小于0.9。

腦膜瘤特征性波譜表現(xiàn)為顯著增高的Cho峰，無NAA峰或很低，Cr峰很低，有時(shí)可出現(xiàn)特征性的苯丙氨酸（Ala）峰。腦膜瘤為腦外腫瘤，無神經(jīng)元，應(yīng)無NAA峰，但偶可出現(xiàn)較低的NAA峰，原由于部分容積效應(yīng)或腫瘤侵?jǐn)_正常腦組織所致。周正榮等報(bào)道的一組腦膜瘤（21例）中有5例出現(xiàn)NAA峰，但峰值均很低。

齊志剛等對(duì)26例手術(shù)患者（上皮型11例，纖維型8例，非典型性、間變性、復(fù)發(fā)性腦膜瘤共6例，微囊型1例）行二維多體素和單體素PRESS144ms序列掃描，其中13例患者行二維多體素STEAM35ms掃描，4例血管外皮瘤作為對(duì)照。Functool軟件包后處理，了解腦膜瘤的實(shí)質(zhì)部分、瘤周水腫部分的波譜變化，并在纖維型腦膜瘤、上皮型腦膜瘤、惡性腦膜瘤、血管外皮瘤之間進(jìn)行了波譜代謝物相對(duì)定量的比較。

結(jié)果顯示：

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①Ala峰是腦膜瘤實(shí)質(zhì)波譜特征性波峰，Ala/Cr在不同類型腦膜瘤之間未見統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；

②上皮型腦膜瘤和纖維型腦膜瘤之間除Lip1.3/Cr外均不存在明顯差異；

③良性腦膜瘤和惡性腦膜瘤實(shí)質(zhì)在Cho/Cr有差異，前者為1.898±0.112，后者為2.501±0.187；瘤周區(qū)域1、2在Cho/Cr、mI/Cr之間有差異，惡性腦膜瘤瘤周區(qū)域出現(xiàn)異常波譜；

④4例血管外皮瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)均未顯示Ala峰，良性腦膜瘤和血管外皮瘤實(shí)質(zhì)之間Glx/Cr、mI/Cr之間有顯著性差異。

結(jié)論說明，Ala峰對(duì)于腦膜瘤和其他類型腫瘤的鑒別有幫助；良性和惡性腦膜瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的Cho/Cr有差異，惡性腦膜瘤瘤周區(qū)域顯示異常波譜對(duì)于二者的鑒別有意義；血管外皮瘤mI的升高和Glx的降低可以幫助對(duì)其進(jìn)行鑒別診斷。

（三）腦轉(zhuǎn)移瘤

腦轉(zhuǎn)移瘤1HMRS表現(xiàn)為NAA峰值降低或消失，Cho增高，NAA/Cho、NAA/Cr比值降低或消失，Cho/Cr比值增高。出現(xiàn)壞死時(shí)可見Lac峰。腦轉(zhuǎn)移瘤出現(xiàn)Lip峰的幾率較高度惡性膠質(zhì)瘤及淋巴瘤高，有時(shí)甚至僅表現(xiàn)為一向上的孤立高峰，有人稱之為死亡峰，有一定的特征性。與膠質(zhì)瘤比較，轉(zhuǎn)移瘤出現(xiàn)mI峰的幾率較高。

董海波等報(bào)道的32例腦轉(zhuǎn)移瘤中，所有病例均有明顯增高的Cho峰，Cr降低或消失，無NAA峰，11例出現(xiàn)Lac峰，15例出現(xiàn)Lip峰。

單發(fā)性轉(zhuǎn)移瘤與高級(jí)別膠質(zhì)瘤在腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的波譜有較多重疊（如表1所示）。但最近的研究（齊志剛等）顯示，高級(jí)別膠質(zhì)瘤的瘤周區(qū)域NAA/Cho、NAA/Cr明顯低于轉(zhuǎn)移瘤者，而Cho/Cr則相反。這是由于兩者不同的生長方式所決定的，膠質(zhì)瘤呈浸潤性生長，而轉(zhuǎn)移瘤則呈膨脹性生長。

齊志剛等對(duì)13例手術(shù)患者行二維多體素和單體素PRESS144ms序列掃描，其中5例患者行二維多體素STEAM35ms掃描，F(xiàn)unctool軟件包行后處理，了解轉(zhuǎn)移瘤實(shí)質(zhì)和瘤周區(qū)域的波譜表現(xiàn)，并比較了單

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發(fā)轉(zhuǎn)移瘤和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤。

結(jié)果顯示：

①轉(zhuǎn)移瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域在排除容積效應(yīng)時(shí)未見NAA峰顯示，瘤周水腫1區(qū)域Cho/Cr增高，實(shí)質(zhì)和瘤周區(qū)域1之間在Cho/Cr、mI/Cr存在顯著性差異。瘤周區(qū)域1、2和腫瘤對(duì)側(cè)之間Cho/NAA有顯著性差異，瘤周區(qū)域3和腫瘤對(duì)側(cè)之間無差異；

②轉(zhuǎn)移瘤實(shí)質(zhì)和高度惡性星形細(xì)胞腫瘤實(shí)質(zhì)之間Cho/Cr無差異。瘤周1、2之間在Cho/NAA、Cho/Cr之間有差異；

③STEAM35ms序列顯示的1.3ppm和0.9ppm處的Lip峰對(duì)于鑒別診斷無明顯意義。

結(jié)論認(rèn)為，轉(zhuǎn)移瘤是較為局限性生長的腫瘤，明顯升高的Lip峰較有特征；高度惡性星形細(xì)胞腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤的實(shí)質(zhì)惡性程度相仿，但是前者在瘤周區(qū)域的浸潤程度較后者明顯，所以瘤周區(qū)域的浸潤程度對(duì)二者的鑒別有幫助。

（四）淋巴瘤

CNS原發(fā)淋巴瘤的波譜表現(xiàn)類似于轉(zhuǎn)移瘤和較高惡性膠質(zhì)瘤，在加強(qiáng)區(qū)域以外仍可測得病理意義上的波譜，部分病人可有較高的Lip/Lac峰，4例病理證明的淋巴瘤NAA/Cho：0.94±0.52、Lip-Lac/Cho：2.92±2.96。

淋巴瘤的波譜表現(xiàn)與高度惡性膠質(zhì)瘤及轉(zhuǎn)移瘤有一定的重疊，故僅憑1HMRS很難將其鑒別開，須結(jié)合常規(guī)MRI平掃與加強(qiáng)及臨床特征。

（五）其他顱內(nèi)腫瘤

如垂體瘤、顱咽管瘤、聽神經(jīng)瘤、脊索瘤等位于鞍區(qū)、橋小腦角區(qū)及顱底的腫瘤除非腫瘤很大偶可成功成像，大部分由于鄰近骨質(zhì)等因素的影響而很難獲得較理想的譜線。

陳增愛等報(bào)道，聽神經(jīng)瘤的mI峰增高，有助于與腦膜瘤的鑒別，但機(jī)理尚未說明。

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顱咽管瘤的成分較為繁雜，Sener.RN測量一組顱咽管瘤，發(fā)現(xiàn)在1～1.5ppm處可見明顯高的波峰，代表脂質(zhì)/膽固醇，病理證明為囊液內(nèi)含的大量膽固醇，可作為鞍區(qū)占位的鑒別手段。

有關(guān)神經(jīng)鞘瘤、垂體瘤、髓母細(xì)胞瘤的報(bào)道較少。一組離體腫瘤檢查發(fā)現(xiàn)，谷酰胺可鑒別低度惡性星形細(xì)胞瘤和髓母細(xì)胞瘤，可能與膠質(zhì)瘤內(nèi)谷酰胺高代謝率和谷氨酸含量保持相對(duì)穩(wěn)定有關(guān)；甘氨酸（Glycine）可鑒別低度惡性星形細(xì)胞瘤和神經(jīng)鞘瘤，膠質(zhì)瘤內(nèi)磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)換增加和氧化代謝能力的降低導(dǎo)致甘氨酸增高；高的?；撬幔═aurine）是神經(jīng)鞘瘤的一個(gè)標(biāo)志物，在與轉(zhuǎn)移瘤和髓母細(xì)胞瘤鑒別中有意義。

（六）顱腦腫瘤治療前后對(duì)比研究

顱腦腫瘤治療后其波譜亦發(fā)生了明顯的改變，研究說明，腦膜瘤、膠質(zhì)瘤、轉(zhuǎn)移瘤及淋巴瘤各波譜峰值及比值均有明顯的變化，NAA、Cr上升、Cho降低，NAA/Cho、NAA/Cr比值增高，Cho/Cr比值降低。但Lac峰及Lip峰出現(xiàn)的幾率增加特別見于放射性壞死。表2為45例顱內(nèi)腫瘤治療前后1HMRS結(jié)果。

放療后改變：MRS在鑒別腫瘤放療后壞死與殘留、復(fù)發(fā)方面具有優(yōu)勢(shì)。異常波譜的形成比加強(qiáng)顯示的異常要提前1～2個(gè)月。對(duì)放療的反應(yīng)顯示Cho下降，特別在治療后6個(gè)月內(nèi)，提醒腫瘤活性的消失，而增高顯示對(duì)放療反應(yīng)較差并提醒復(fù)發(fā)可能。復(fù)發(fā)的星形細(xì)胞瘤與原發(fā)病灶相比顯示了惡性程度增高的代謝曲線，這與膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)后惡性程度增高相適應(yīng)。Jerzy等認(rèn)為在放療后早期，Cho相關(guān)比率的增高提醒細(xì)胞增殖而不是損傷，mI/Cr的升高可以作為局部放療后損傷的早期標(biāo)志物。放療后壞死區(qū)域出現(xiàn)明顯的Lac/Cr升高和Cho/Cr降低，還可在1.2~1.3ppm處出現(xiàn)“死亡峰〞，部分病例NAA、Cho和Cr的大幅度降低甚至所有代謝物的波譜消失。Vincent等報(bào)道一組18例病人中有4例MRI示正常，而MRS提醒顳葉放療后壞死。

（七）膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)與放射性壞死的鑒別

常規(guī)MRI平掃及加強(qiáng)鑒別膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)與放射性壞死較為困難。

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MRS顯示了一定的特點(diǎn)。膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)后NAA下降、Cho增高。放射性壞死與腫瘤復(fù)發(fā)的區(qū)別在于：前者Lac/Cr比值升高、Cho/Cr比值降低。

董海波等報(bào)道的一組膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)與放射性壞死MRS鑒別顯示，14例膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)病例均有明顯增高的Cho峰，NAA、Cr降低或消失，NAA/Cr、Cho/Cr比值降低。12例出現(xiàn)Lac峰。5例放射性壞死顯示Cho、NAA、Cr均降低或消失，出現(xiàn)Lip峰，1例表現(xiàn)為Cho、NAA、Cr均消失，僅表現(xiàn)為一較平坦的曲線。

六、1HMRS局限性

惋惜的是，1HMRS確切性較低，各組腫瘤波譜間有一定的重疊，因此1HMRS能很好地了解組織的代謝狀況而不能嚴(yán)格用于診斷，只能作為補(bǔ)充而無法替代臨床及傳統(tǒng)的神經(jīng)影像手段。但

1

HMRS結(jié)合

常規(guī)MRI則不僅能提高診斷的確切性，有利于分辯腫瘤的良惡性，而且能檢測治療效果及預(yù)后評(píng)估。

七、展望1．單體素波譜

由于腫瘤組織的不均一性及顱骨、皮下脂肪、周邊腦組織的容積效應(yīng)，單體素波譜只是多種成分波譜的混合表現(xiàn)，小范圍的Lac、Lip不能被發(fā)現(xiàn)，Cho升高和NAA降低被低估，不能全面反映腫瘤的代謝特征和空間變異。加強(qiáng)檢查可能有助于體素的設(shè)定，Peter等在加強(qiáng)前后進(jìn)行波譜檢查，診斷確鑿率由53％升至88％。

但Sijens的研究顯示，注射釓劑（Gd-DTPA）后的1HMRS波譜結(jié)果Cho會(huì)有15％的下降，而降低了腫瘤的惡性度的評(píng)價(jià)。因此，1HMRS檢查一般要求在加強(qiáng)前或加強(qiáng)后24小時(shí)后進(jìn)行，以免對(duì)比劑的注入對(duì)研究結(jié)果所產(chǎn)生的偏性。

2．多核波譜成像

現(xiàn)今最常用的磁共振波譜是1HMRS，信號(hào)采集便利、譜線質(zhì)量較高，具有很好的分辯率及敏感性，但其化學(xué)位移范圍較窄，且勻場及抑水要求很高。此外人體不同組織所含的細(xì)胞及分子成分迥異，需要

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觀測不同的化學(xué)成分，故須多核波譜成像方能滿足不同的臨床需要。除1H波譜外，目前臨床應(yīng)用最多技術(shù)最成熟的磁共振波譜是

3．多體素波譜分析

目前大多數(shù)HMRS為單體素技術(shù)，該方法VOI大小一般為2cm×2cm×2cm，所獲譜線代表體素內(nèi)的平均值，測量范圍較小。多體素波譜采集可同時(shí)獲得大視野內(nèi)的所有組織的波譜，能確鑿、及時(shí)的觀測腫瘤組織內(nèi)部、周邊水腫區(qū)及正常組織的MRS改變，并可行二維或三維成像，因此具有極高的臨床價(jià)值。

在水和脂肪足夠抑制的前提下，多體素波譜可以獲取腫瘤的不均一代謝、邊界和周邊狀況，減少信號(hào)容積效應(yīng)。鑒于手術(shù)和放療對(duì)腦功能的損傷不可避免，而且腫瘤區(qū)內(nèi)仍有存活的神經(jīng)元，所以術(shù)前確定腫瘤邊界的確切程度關(guān)系到術(shù)后患者功能的恢復(fù)狀況，特別對(duì)于功能區(qū)附近的占位灶。Pirzkall等發(fā)現(xiàn)處于代謝狀態(tài)的腫瘤邊界超過T2WI所顯示的區(qū)域，最大可達(dá)28mm，相對(duì)應(yīng)的Cho增高也超出了加強(qiáng)所顯示的區(qū)域。多體素波譜可以對(duì)腫瘤及其周邊組織連續(xù)測量，有可能勾畫出腫瘤實(shí)體、周邊侵?jǐn)_和水腫重疊部分及病理意義上的單純水腫三者的界限。

4．磁共振波譜成像（MRSI）

MRS除了可獲得譜線外，尚可通過三維成像，運(yùn)用偽彩技術(shù)獲取各種代謝物的含量分布圖，運(yùn)用圖象融合(Fusion)技術(shù)反映于橫斷面或其它斷面圖上，從而使結(jié)構(gòu)與功能成像實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合。此方法較直觀，但信噪比及空間分辯率較低。

MRSI是以圖像形式顯示的波譜，顯示化合物在選定層面的空間分布。波譜成像對(duì)于顱內(nèi)迷漫性病變和大的不均質(zhì)病變的評(píng)價(jià)較為適合，與PET、rCBV相比，MRSI可能更適合檢測低度惡性腫瘤。波譜成像只能進(jìn)行粗略的定性分析，定量分析仍需用體素波譜。快速波譜成像方法可以采集額外數(shù)據(jù)而不喪失敏感性，并重復(fù)測量以觀測代謝物分布的動(dòng)態(tài)變化，屢屢激發(fā)平面回波波譜成像（MEPSI）可以在20分鐘內(nèi)獲取全腦代謝圖。James等通過時(shí)域的多通道技術(shù)（TDM）增

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1

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PMRS。

加波譜的敏感性和效率；建立在多重相位循環(huán)采集基礎(chǔ)上的多重定量或波譜編輯方法可以不增加整個(gè)采集時(shí)間。Star-Lack利用非線性限制最優(yōu)化使B0場投影軌跡呈螺旋形以減少數(shù)據(jù)采集時(shí)間，但仍能保證預(yù)設(shè)的采樣密度?？臻g分辯力的增加可以減少皮下脂肪的污染，在多層面自旋回波波譜成像中加IR序列，用36*36相位編碼和K-空間外插法將脂肪信號(hào)降至最低。

波譜成像在空間重建和數(shù)據(jù)分析時(shí)需用自動(dòng)的波譜分析方法以利用全部的空間數(shù)據(jù)，同時(shí)需考慮部分容積效應(yīng)。Isabella等分析STEAM序列中5個(gè)連續(xù)的測量數(shù)據(jù)，提醒平均容積效應(yīng)值為7.65％（±0.22SD），隨著VOI的增大而降低。VOI區(qū)域外的組織不均一性也會(huì)改變?nèi)莘e效應(yīng)值。波譜成像仍存在諸多不足，如渦流及剩余水的存在，脂肪抑制會(huì)損失一些空間信息。高場強(qiáng)可以明顯增加敏感度和波譜離散，并在顯示波譜的動(dòng)態(tài)范圍和穩(wěn)定性方面有幫助。最近報(bào)道3.0T的信噪比較1.5T增加23％～46％，信號(hào)采集時(shí)間由27分鐘降至17分鐘；波譜分辯率更高，基線更加穩(wěn)定。

5．MRS快速成像

MRS成像時(shí)間較長，一般在2～15分鐘，影響了該技術(shù)的臨床使用價(jià)值，快速成像技術(shù)的開發(fā)利用將彌補(bǔ)該項(xiàng)不足。國外有學(xué)者嘗試了EPI-MRS、DWI-EPI等新技術(shù)，有一定的臨床價(jià)值，但尚未成熟。

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BOLD-fMRI腦功能成像

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像中心周良平

一、概述

大腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最繁雜的組織，是人體接受外界信號(hào)、產(chǎn)生感覺、形成意識(shí)、進(jìn)行規(guī)律思維、發(fā)出指令、產(chǎn)生行為的指揮部：是人體內(nèi)外環(huán)境信息獲得、存儲(chǔ)、處理、加工和整合的中樞。近年來，隨著其他學(xué)科和技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了大量新概念、新技術(shù)和新方法，使腦科學(xué)的研究取得了較大的進(jìn)展。當(dāng)代腦科學(xué)的研究有兩個(gè)顯著特點(diǎn):一是對(duì)腦研究由宏觀深入到微觀，在細(xì)胞與分子水平把功能與結(jié)構(gòu)研究結(jié)合起來，研究神經(jīng)元、突觸及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)規(guī)律；二是對(duì)腦的研究已經(jīng)突破了感覺與運(yùn)動(dòng)等一般生理功能的控制，而把繁雜的、高級(jí)的精神意識(shí)納入了科學(xué)研究的軌道，摸索大腦與行為、大腦與思維的關(guān)系?？傊?，要在局部深入了解的基礎(chǔ)上解決腦的整體功能問題。

腦功能研究方法好多，可以分為⑴測量腦內(nèi)化合物的方法：目前可用于測量活體人腦化合物的技術(shù)主要有三種，包括單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像技術(shù)（singlephotoemissioncomputerizedtomography，SPECT）、正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（positronemissiontomography，PET）和磁共振波譜分析技術(shù)（magneticresonancespectroscopy，MRS）；⑵測量局部代謝和血氧變化的技術(shù)：當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)增加時(shí)，局部的血流、氧代謝、糖代謝會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此通過測量局部血流和代謝等神經(jīng)元活動(dòng)的次級(jí)反應(yīng)可以了解該部位的神經(jīng)元活動(dòng)狀況，測量神經(jīng)元活動(dòng)的次級(jí)反應(yīng)的主要方法包括PET、功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging，fMRI）和光學(xué)成像技術(shù)。這類技術(shù)在認(rèn)知科學(xué)的研究中應(yīng)用最為廣泛。主要用于功能定位和腦局部反應(yīng)特征的研究；⑶測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)：目前直接用于測量人腦神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)主要有腦電圖，腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）以及以上述兩種技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展

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起來的事件相關(guān)電位技術(shù)（event-relatedpotential，ERP）。

fMRI是近年來隨著MR軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的新的成像技術(shù)，方法是通過一定的刺激使大腦皮層各功能區(qū)在磁共振設(shè)備上成像，它結(jié)合了功能、影像和解剖三方面的因素，是一種在活體人腦定位各功能區(qū)的有效方法。人們現(xiàn)在可以通過fMRI無損地觀測與神經(jīng)活動(dòng)增加的相應(yīng)位臵關(guān)聯(lián)的腦部皮質(zhì)血容積、血流和血氧合的變化，即對(duì)腦的認(rèn)知功能，如視覺、運(yùn)動(dòng)、語言和記憶等功能中樞進(jìn)行成像。廣義上的fMRI方法應(yīng)包括3類:①腦血流測定技術(shù)，包括注射造影劑的灌注加權(quán)成像（PWI）和基于BOLD效應(yīng)的fMRI成像；②腦代謝測定技術(shù)，包括1H和31P的化學(xué)位移成像；③水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的測定，包括擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）和神經(jīng)纖維示蹤技術(shù)--擴(kuò)散張量成像(DTI)。從時(shí)空分辯率、無侵入性和實(shí)用性等方面考慮，目前應(yīng)用最廣泛的是基于BOLD效應(yīng)的fMRI，也就是尋常人們所了解的fMRI。

二、fMRI技術(shù)

1.fMRI的生物物理機(jī)制

在MRI成像中，MRI信號(hào)強(qiáng)度受多種因素的影響，包括質(zhì)子密度、T1弛豫時(shí)間、T2弛豫時(shí)間、擴(kuò)散效應(yīng)、磁化敏感效應(yīng)和體內(nèi)液體的滾動(dòng)等多種因素。早期對(duì)人體核磁共振成像得到的幾乎都是質(zhì)子的核磁共振圖像。這是由于雖然人體內(nèi)的水和碳?xì)浠衔锖亢芨?，但?6O和12C的核自旋都為零，不能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。直到1990年，Bell試驗(yàn)室的Ogawa等人提出了一種新的磁共振成像機(jī)制：血氧水平依靠(bloodoxygenleveldependent，簡稱BOLD)。其主要原理是：血液中的脫氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì)，含氧血紅蛋白是逆磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)的存在產(chǎn)生磁場不均勻性，在大約血管半徑2倍的區(qū)域內(nèi)促進(jìn)了氫核的去相位，會(huì)引起局部磁共振信號(hào)的下降。

目前大多數(shù)fMRI試驗(yàn)依據(jù)BOLD原理：當(dāng)腦組織興奮時(shí)，局部血管擴(kuò)張，流入大量含氧豐富的新鮮血液，其攜帶的含氧血紅蛋白遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氧的消耗，因此總的來說，靜脈血中逆磁性物質(zhì)也就是含氧血紅蛋

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白的含量還是增加的，這樣氫核的去相位就會(huì)減慢，從而延長了T2，最終導(dǎo)致T2加權(quán)像的信號(hào)增加。通過磁共振成像系統(tǒng)采集到的圖像上可見到激活腦區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度增加，從而獲得激活腦區(qū)的功能成像圖。由于使用磁化磁敏感效應(yīng)進(jìn)行功能成像，與微循環(huán)內(nèi)血紅蛋白的氧合狀態(tài)有關(guān)，這種方法被稱為基于血氧水平依靠法（BOLD）的fMRI。

2.fMRI成像條件

fMRI技術(shù)要求高場強(qiáng)的MR機(jī)和高信噪比的超快速掃描序列。要求MR設(shè)備的場強(qiáng)在1.5～2.0T以上，BOLD效應(yīng)與MR場強(qiáng)有關(guān)，場強(qiáng)越高，效應(yīng)越強(qiáng)。對(duì)高場或低場條件下進(jìn)行功能磁共振研究優(yōu)劣比較的結(jié)果說明：在4.0T磁場中可獲得較1.5T磁場中高70%的激活體素和高20%的T值。但高場強(qiáng)MR設(shè)備目前在臨床上還難以應(yīng)用，增加矩陣數(shù)目，減小像素體積以及薄層掃描，會(huì)使信號(hào)強(qiáng)度增加。

目前fMRI大多采用梯度回波(gradient-echo，GRE)T*2WI脈沖序列的單激發(fā)平面回波成像(echoplanarimaging，EPI)，它是目前最快速的MR成像方法。EPI由Mansfield于1977年首次闡述，其優(yōu)點(diǎn)是超快速成像、高分辯率及高信噪比。由于其在頻率編碼方向上采用了一系列反向梯度，可在一個(gè)TR間期內(nèi)獲得多個(gè)回波信號(hào)，即通過一次激發(fā)產(chǎn)生的信號(hào)包含有足夠重建一幅完整MR圖像所需的全部信息，所以全腦成像可在幾秒鐘內(nèi)采集完成，使要求時(shí)間分辯率較高的fMRI成為可能。掃描參數(shù)因場強(qiáng)和機(jī)型不同而不同，常用參數(shù)為TR/TE＝1000～3500/40～70ms，翻轉(zhuǎn)角90°，層厚5mm，矩陣128×128。有學(xué)者提出采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)(realtimeimageprocessing，RTIP)與梯度回波－回波成像(GE-EPI)技術(shù)相結(jié)合，同步進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集重建和后處理，在任務(wù)實(shí)施過程中既能獲得功能性腦活動(dòng)圖，動(dòng)態(tài)顯示激活過程不同時(shí)期的功能圖像，又可同時(shí)觀測試驗(yàn)的成功性，在結(jié)果滿意時(shí)終止數(shù)據(jù)采集。

3.fMRI的成像方法

fMRI的成像過程分三步：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)：腦功能成像前需根據(jù)研究目的進(jìn)行周密的的試驗(yàn)

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設(shè)計(jì)，主要采用任務(wù)――對(duì)照或刺激——對(duì)照的模式觀測腦功能活動(dòng)，研究者除了需要把握諸如多任務(wù)設(shè)計(jì)和多因素設(shè)計(jì)方法外，還必需考慮任務(wù)浮現(xiàn)方式。fMRI的任務(wù)浮現(xiàn)方式有兩種基本設(shè)計(jì)，即組塊設(shè)計(jì)（blockdesign）和事件相關(guān)設(shè)計(jì)（event-relateddesign）。

組塊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)使是在每一個(gè)組塊內(nèi)重復(fù)或連續(xù)浮現(xiàn)同一種刺激。采用這種設(shè)計(jì)至少需要兩種類型的刺激，其中一類是任務(wù)刺激，一類是控制刺激。通過任務(wù)刺激與控制刺激引起的腦局部血氧反應(yīng)的對(duì)比，獲得與任務(wù)相關(guān)的腦組織活動(dòng)的信息。實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用多因素多任務(wù)比較，并通過多因素分析計(jì)算主效益和交互作用。組塊設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)是：由于刺激不能隨機(jī)化，可能會(huì)引起被試者的期待反應(yīng)，所以無法根據(jù)同一組塊內(nèi)的刺激類型和被試者反應(yīng)進(jìn)行選擇性處理，這樣會(huì)失去大量有意義的信息。

事件相關(guān)設(shè)計(jì)的是一種較新的任務(wù)浮現(xiàn)方式設(shè)計(jì)，方法是一次只給一個(gè)短暫的刺激，經(jīng)過一段時(shí)間間隔再進(jìn)行下一次一致的或不同的刺激。需要對(duì)屢屢刺激引起的信號(hào)進(jìn)行疊加。事件相關(guān)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一是可以提供單次刺激腦激活信息，這就為研究不同腦區(qū)域?qū)Υ碳さ姆磻?yīng)方式提供了可能，另一個(gè)重要特點(diǎn)是可以刺激任務(wù)與刺激間隔的隨機(jī)化，可有效地排除組塊設(shè)計(jì)的期待效應(yīng)。更重要的是，由于事件相關(guān)設(shè)計(jì)是單個(gè)刺激的單一任務(wù)，因此可以在混合設(shè)計(jì)的條件下根據(jù)任務(wù)類型和被試者反應(yīng)進(jìn)行選擇性處理，這種選擇性處理方法在組塊設(shè)計(jì)中是無法實(shí)現(xiàn)的。

3.2數(shù)據(jù)采集：BOLD－fMRI對(duì)運(yùn)動(dòng)是十分敏感的，微小的頭部運(yùn)動(dòng)會(huì)引起測試結(jié)果較多的偏差，因此檢查前須以頭墊和膠帶固定被試者的頭部，檢查過程中應(yīng)對(duì)被試者進(jìn)行訓(xùn)練，以保準(zhǔn)被試者在完成設(shè)計(jì)任務(wù)（如手指運(yùn)動(dòng)、看圖片等）時(shí)頭部保持不動(dòng)。并在檢查過程中恬靜呼吸，避免吞咽、咳嗽等簡單引起頭部運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作。

3.3數(shù)據(jù)處理：在BOLD－fMRI研究中數(shù)據(jù)處理是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。除非需要處理一些特別的數(shù)據(jù)，一般可以利用一些成型的軟件包，常用的有SPM，AFNI，MEDx，Analyze等。分析之前一般要對(duì)數(shù)據(jù)

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進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像配準(zhǔn)、噪聲處理和空間標(biāo)準(zhǔn)化。腦功能成像研究的目的是對(duì)特定認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行較為確切的定位，尋常是根據(jù)體素的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷，包括“差圖法〞、“t檢驗(yàn)法〞和“信號(hào)強(qiáng)調(diào)－時(shí)間關(guān)系曲線〞。最簡單的方法是“差圖法〞，即用任務(wù)階段的圖像減去控制階段的圖像，求得任務(wù)與控制的差值，盡管通過差值圖像可粗略看出腦的活動(dòng)狀況，但這樣的分析顯然不夠確切，且簡單產(chǎn)生偽影，實(shí)際工作時(shí)需要借助各種統(tǒng)計(jì)方法，自從Bandettini用互關(guān)系（cross-correlation，CC）和傅立葉變換（FFT）分析數(shù)據(jù)以來，新的數(shù)據(jù)處理方法層出不窮，從最基本的相關(guān)分析和t檢驗(yàn)到各種模型的建立，再到分析腦激活區(qū)的特征和腦區(qū)間相互關(guān)系分析技術(shù)?！皌檢驗(yàn)法〞是做一系列“活動(dòng)－休息－活動(dòng)－休息－……像，然后構(gòu)造t統(tǒng)計(jì)量，設(shè)計(jì)一個(gè)閾值，逐個(gè)象素進(jìn)行檢驗(yàn)，t量大于該閾值的被賦予全亮。“強(qiáng)度－時(shí)間曲線〞需要從圖像確定興趣區(qū)（ROI），計(jì)算出ROI的信號(hào)強(qiáng)度，以其為縱坐標(biāo)，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，建立時(shí)間－信號(hào)曲線，觀測ROI刺激與對(duì)照狀態(tài)下的信號(hào)的差異及變化規(guī)律。

三、研究實(shí)例1．組塊設(shè)計(jì)

標(biāo)題：累及大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)的顱內(nèi)病變手術(shù)前后磁共振功能成像（