腦灌注成像原理及其應(yīng)用PPT課件

1、灌注（Perfusion）人腦正常的神經(jīng)生理和高級神經(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。第1頁/共50頁灌注（Perfusion）l 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。l 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

2、，操作簡單，無放射性，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。第2頁/共50頁磁共振灌注技術(shù)的分類1.動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC）使用外源性示蹤劑，即對比劑首過磁共振灌注成像法。2.動脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）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，由于不需注射對比劑，安全無創(chuàng)，因而有著較強(qiáng)的臨床應(yīng)用潛力。第3頁/共50頁DSC基本原理lDSC為靜脈團(tuán)注對比劑后，采用快速成像序列，獲得對比劑首次通過受檢組織前、通過中和通過后一段

3、時間內(nèi)的一系列圖像，評價組織血流灌注。l順磁性對比劑（如釓噴酸，Gd-DTPA）進(jìn)入血管后，血管腔內(nèi)的磁敏感性增強(qiáng)，在局部產(chǎn)生梯度場，導(dǎo)致磁場不均勻，進(jìn)而引起鄰近氫質(zhì)子共振頻率改變，使質(zhì)子自旋失相位從而使組織的T2或T2*時間縮短，造成組織T2WI 或T2*WI信號的下降。第4頁/共50頁DSC基本原理l腦組織信號下降幅度與血管內(nèi)造影劑濃度成正比,反應(yīng)腦組織的血液動力學(xué)狀態(tài)l正常腦組織由于BBB的存在， Gd-DTPA不能通過毛細(xì)血管網(wǎng)進(jìn)入腦組織間隙，不影響組織的T1時間，因此不產(chǎn)生T1增強(qiáng)效應(yīng)。第5頁/共50頁基本方法l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、之中和之后之前、之中和

4、之后，采用快速掃描序列（EPI）進(jìn)行連續(xù)的多層面多次成像，從而獲得一系列動態(tài)的掃描圖像。l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(qiáng)度變化和時間的關(guān)系，可以繪制信號強(qiáng)度時間曲線，根據(jù)信號強(qiáng)度時間曲線可獲得部分的血流動力學(xué)參數(shù)的相對值，并可通過工作站制成各種血流動指標(biāo)圖像。第6頁/共50頁灌注成像的理論基礎(chǔ)l 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) l MTT=CBV/CBF第7頁/共50頁參數(shù)1.腦血容量（ce

5、rebral blood volume ,CBV) 指單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)一定腦組織的血容量，根據(jù)時間密度曲線下方封閉的面積計算得出。CBV=KR2*（t）dt 。正常為4060ml/（100gmin）2. 腦血流量（cerebral blood flow,CBF)指在單位時間內(nèi)流經(jīng)流經(jīng)一定量腦組織血管結(jié)構(gòu)的血流量，CBF越小，意味著腦組織的血流量越低。第8頁/共50頁參數(shù)3.平均通過時間（ mean transit time,MTT) 主要反映的是對比劑通過毛細(xì)血管的時間。4.峰值時間（time-to-peak, TTP）指在時間信號曲線上從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑濃度達(dá)到峰值對比劑濃度達(dá)到峰

6、值的時間。第9頁/共50頁掃描技術(shù)l 灌注成像研究的是機(jī)體的動態(tài)過程，依賴于快速的磁共振成像技術(shù)，目前常用的是平面回波技術(shù)（EPI），主要有兩種SE-EPI、GRE-EPI。l SE-EPI：對毛細(xì)血管水平的血管內(nèi)對比劑敏感。l GRE-EPI：對較大范圍內(nèi)的血管均敏感。第10頁/共50頁對比劑的應(yīng)用l 常用順磁性對比劑Gd-DTPA，它是一種非特異性細(xì)胞外間隙順磁性對比劑。一般采用單倍劑量（0.1mmol/kg）或雙倍劑量（ 0.1mmol/kg ）l 劑量?。簩Ρ葎┊a(chǎn)生的信號下降程度小，易受背景噪聲干擾，導(dǎo)致計算結(jié)果誤差大。l 劑量大：對比劑由于彈丸效應(yīng)使對比劑通過腦組織血管時間延長，同時

7、由于二次灌注使信號曲線與實際有明顯偏差。第11頁/共50頁對比劑的應(yīng)用l 為了使對比劑早期居于血管內(nèi)而不進(jìn)入組織，即保證沒有對比劑的再循環(huán)和漏出，對注射對比劑的量及速度有一定的要求，必須使用高壓注射器，注射流率為3-4ml/s。l 團(tuán)注速度過慢 信號下降程度降低，易導(dǎo)致參數(shù)計算錯誤。第12頁/共50頁正常灌注MR表現(xiàn)CBV圖-皮層基底節(jié) 白 質(zhì)-高信號代表CBV增加，低信號CBV降低MTT圖白質(zhì)基底節(jié)皮層高信號MTT延長，低信號MTT較短或MTT消失第13頁/共50頁MR腦灌注臨床應(yīng)用第14頁/共50頁1腦缺血性病變一、短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attacks，T

8、IA）l 定義：局灶性腦或視網(wǎng)膜缺血造成的短暫的神經(jīng)功能缺損的發(fā)作，臨床癥狀典型的持續(xù)小于1h，無任何腦梗死證據(jù)。l TIA后1月內(nèi)發(fā)生梗死者占4-8%，5年內(nèi)增至24-29%。第15頁/共50頁1腦缺血性病變從CBF變化過程看，腦血流的下降到急性腦梗死的發(fā)生經(jīng)歷了3個時期：1. 由于腦灌注壓下降引起的腦局部血流動力學(xué)異常改變；2. 腦循環(huán)儲備力失代償性低灌注所造成的神經(jīng)元功能改變；3. 最后，由于CBF下降超過腦代謝儲備力才發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)元形態(tài)學(xué)改變，即腦梗死。 前2個時期稱為腦梗死前期，腦梗死前期， TIA 屬此期。腦血管病常有較長的潛伏期，而TIA以及臨床出現(xiàn)的異常征象是一個十分明顯

9、的預(yù)警信號。第16頁/共50頁1腦缺血性病變約50%TIA患者在發(fā)病12h內(nèi)的PWI上存在異常灌注區(qū)，主要為：1.TTP延長：主要原因是血流速度慢和側(cè)支循環(huán)供血。2.MTT延長：提示腦灌注壓降低，腦灌注儲備受損；3.若CBV、CBF明顯減少，提示組織灌注不足；CBV增加或接近正常，提示側(cè)支循環(huán)形成。側(cè)支循環(huán)形成。第17頁/共50頁1腦缺血性病變二、急性缺血性腦梗死l 腦缺血由中央的梗死核心區(qū)、 缺血半暗帶（ischemic penumbra， IP）、血流減少區(qū)構(gòu)成。l 梗死核心區(qū)：不可逆損傷組織。l IP：神經(jīng)元電生理活動停止，側(cè)支供血僅能維持細(xì)胞膜穩(wěn)定，長期低灌注終將導(dǎo)致梗死，溶栓治療的主

10、要目的是恢復(fù)IP的血供。第18頁/共50頁1腦缺血性病變 PWI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。第19頁/共50頁1腦缺血性病變l CBV圖：異常低灌注區(qū)多代表梗死核心，即最終梗死區(qū)；l CBF圖：異常灌注區(qū)代表缺血組織，可提供可提供CBVCBV圖不能反映的圖不能反映的血流動力學(xué)改變。l MTT和TTP圖對組織低灌注最敏感，可最大范圍的顯示低灌注區(qū)可最大范圍的顯示低灌注區(qū)。l 急性缺血PWI參數(shù)圖異常范圍大小

11、順序： MTTCBFCBV第20頁/共50頁1腦缺血性病變1.灌注不足：MTT明顯延長，CBV減少，CBF明顯減少。2.2.側(cè)支循環(huán)信息側(cè)支循環(huán)信息：MTT延長，CBV增加或尚可。3.血流再灌注信再灌注信息：MTT縮短或正常，CBV增加，CBF正?；蜉p度增加。4.4.過度灌注過度灌注信息：CBV與CBF均顯著增加。第21頁/共50頁MTTTTP第22頁/共50頁CBFCBV第23頁/共50頁2顱內(nèi)占位性病變l腫瘤細(xì)胞增值活躍，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)葡萄糖降低和缺氧，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）生成。新生血管迂曲、結(jié)構(gòu)異常使腫瘤CBV

12、和CBF增加，MTT延長。l評價顱內(nèi)腫塊性病變時CBVCBV是最有用的參數(shù)是最有用的參數(shù)。研究表明CBV與腫瘤微血管密度（microvessel density，MVD）和VEGF濃度相關(guān)。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。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)。反映血管化程度的活體CBV圖，可用以間接評判腫瘤新生血管。第24頁/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤l 常規(guī)MRI一般根據(jù)腫瘤的強(qiáng)化程度等指標(biāo)進(jìn)行術(shù)前分級，但膠質(zhì)瘤作為腦內(nèi)腫瘤，其強(qiáng)化程度取決于BBB的破壞程度，及腫瘤細(xì)胞外間隙大小和腫瘤血供。l

13、 多項研究表明高級別膠質(zhì)瘤血管生成明顯，較低級別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)更高的CBV。第25頁/共50頁例例1 1abc第26頁/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤 FLAIR image (a),contrast-enhanced axial T1-weighted image (b), and CBV map (c) from a patient affected by glioma grade IV. In the CBV map (c) warmer colors indicate higher CBV values suggesting higher perfusion and neovasculariz

14、ation. Comparison of CBV map (c) and contrast-enhanced axial T1-weighted image highlights a mismatch area (surrounded by the circle) corresponding to the extension of the high perfusion area outside the contrast-enhancement: this indicates a more extensive neovascularization than that shown by conve

15、ntional MRI (a, b).第27頁/共50頁例例2 2第28頁/共50頁 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 女，2222歲(WHO )(WHO )2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤第29頁/共50頁例例3 3第30頁/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤 間變性星形細(xì)胞瘤 男，59 59 歲(WHO)(WHO)第31頁/共50頁例例4 4第32頁/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤 彌漫性星形細(xì)胞瘤男，彌漫性星形細(xì)胞瘤男，3535歲歲(WHO)(WHO) 第33頁/共50頁例例5 5第34頁/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤 男，男，13 13 歲歲(WHO)(WHO)第35頁/共50頁例例6 6第36頁

16、/共50頁2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤 少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤 女，女，43 43 歲歲(WHO)(WHO) 第37頁/共50頁2.2腦外腫瘤 顱內(nèi)腦外腫瘤是指起源于顱內(nèi)非腦實質(zhì)組織如硬膜，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，所以增強(qiáng)顯著。一般情況下常規(guī)影像檢查鑒別腦內(nèi)外腫瘤不難，當(dāng)腦內(nèi)腫瘤侵犯硬膜或腦外腫瘤侵犯腦實質(zhì)時會給定位診斷造成困難。腦外腫瘤的CBV明顯高于腦內(nèi)腫瘤。值得注意的事由于腦外腫瘤沒有血腦屏障，造影劑很快漏出，CBV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。第38頁/共50頁2.2腦外腫瘤第39頁/共50頁2.3腦

17、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)影像有時很難鑒別腦原發(fā)淋巴瘤與膠質(zhì)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)并使血管周圍間隙擴(kuò)大。雖然腫瘤細(xì)胞可侵犯血管內(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CBV明顯低于膠母的。第40頁/共50頁2.3腦原發(fā)淋巴瘤第41頁/共50頁2.4腦轉(zhuǎn)移瘤l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)胞侵潤。l孤立實性轉(zhuǎn)移常與原發(fā)腫瘤鑒別。兩

18、者病灶區(qū)CBV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。高級別膠質(zhì)瘤腫瘤周圍區(qū)域有腫瘤細(xì)胞的浸潤,轉(zhuǎn)移瘤腫瘤周圍區(qū)域的CBV值明顯比對側(cè)正常組織小,其原因可能是轉(zhuǎn)移瘤周圍區(qū)域的血管源性水腫對微循環(huán)起到壓迫作用導(dǎo)致灌注下降。第42頁/共50頁2.4腦轉(zhuǎn)移瘤第43頁/共50頁第44頁/共50頁3立體定向引導(dǎo)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(zhǔn)確分級。常規(guī)增強(qiáng)CT或MRI所顯示的增強(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)，對于常規(guī)檢查不增強(qiáng)的腫瘤，更是一個有效的補(bǔ)充。第45頁/共50頁4評價治療效應(yīng) 抗血管生成藥物的進(jìn)展使其能夠主動選擇性分離破壞腫瘤血管