腦灌注成像原理及其應(yīng)用課件

MRI腦灌注成像基本原理及應(yīng)用

MRI腦灌注（Perfusion）人腦正常的神經(jīng)生理和高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)要求以一定的血流灌注為基礎(chǔ)，灌注是指血流通過(guò)毛細(xì)血管網(wǎng)，將攜帶的氧和營(yíng)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(guò)程，是以流動(dòng)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(dòng)使灌注成像成為可能。灌注（Perfusion）人腦正常的神經(jīng)生理和高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)要灌注（Perfusion）1988年Villringer等首先報(bào)道了MR血流灌注成像（MRperfusionweightedimaging,MRPWI)在腦部的應(yīng)用。MRPWI用來(lái)反映組織的微血管分布和血流灌注情況，可以提供血流動(dòng)力學(xué)方面的信息。具有時(shí)間分辨率（小于2s即可包括全腦）和空間分辨率高，操作簡(jiǎn)單，無(wú)放射性，可以在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)進(jìn)行，具有良好的臨床應(yīng)用前景。灌注（Perfusion）1988年Villringer等首磁共振灌注技術(shù)的分類動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)（dynamicsusceptibilityweightedcontrastenhanced，DSC）使用外源性示蹤劑，即對(duì)比劑首過(guò)磁共振灌注成像法。動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterialspinlabeling，ASL）使用內(nèi)源性示蹤劑，即利用動(dòng)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(duì)比劑，安全無(wú)創(chuàng)，因而有著較強(qiáng)的臨床應(yīng)用潛力。磁共振灌注技術(shù)的分類動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)（dynamicsuDSC基本原理DSC為靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，采用快速成像序列，獲得對(duì)比劑首次通過(guò)受檢組織前、通過(guò)中和通過(guò)后一段時(shí)間內(nèi)的一系列圖像，評(píng)價(jià)組織血流灌注。順磁性對(duì)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(chǎng)，導(dǎo)致磁場(chǎng)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(shí)間縮短，造成組織T2WI或T2*WI信號(hào)的下降。DSC基本原理DSC為靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，采用快速成像序列，獲DSC基本原理腦組織信號(hào)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(dòng)力學(xué)狀態(tài)正常腦組織由于BBB的存在，Gd-DTPA不能通過(guò)毛細(xì)血管網(wǎng)進(jìn)入腦組織間隙，不影響組織的T1時(shí)間，因此不產(chǎn)生T1增強(qiáng)效應(yīng)。DSC基本原理腦組織信號(hào)下降幅度與血管內(nèi)造影劑濃度成正比,反基本方法靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，當(dāng)對(duì)比劑第一次通過(guò)受檢組織之前、之中和之后，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(dòng)態(tài)的掃描圖像。對(duì)比劑第一次通過(guò)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(hào)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(guò)局部腦組織引起的信號(hào)強(qiáng)度變化和時(shí)間的關(guān)系，可以繪制信號(hào)強(qiáng)度—時(shí)間曲線，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度—時(shí)間曲線可獲得部分的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的相對(duì)值，并可通過(guò)工作站制成各種血流動(dòng)指標(biāo)圖像。基本方法靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，當(dāng)對(duì)比劑第一次通過(guò)受檢組織之前、之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（centralvolumeprinciple)

MTT=CBV/CBF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參數(shù)腦血容量（cerebralbloodvolume,CBV)指單位時(shí)間內(nèi)一定腦組織的血容量，根據(jù)時(shí)間—密度曲線下方封閉的面積計(jì)算得出。CBV=K∫△R2*（t）dt。正常為40~60ml/（100g·min）

腦血流量（cerebralbloodflow,CBF)指在單位時(shí)間內(nèi)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。參數(shù)腦血容量（cerebralbloodvolume,參數(shù)平均通過(guò)時(shí)間（meantransittime,MTT)主要反映的是對(duì)比劑通過(guò)毛細(xì)血管的時(shí)間。峰值時(shí)間（time-to-peak,TTP）指在時(shí)間信號(hào)曲線上從對(duì)比劑開(kāi)始出現(xiàn)到對(duì)比劑濃度達(dá)到峰值的時(shí)間。參數(shù)平均通過(guò)時(shí)間（meantransittime,MT掃描技術(shù)灌注成像研究的是機(jī)體的動(dòng)態(tài)過(guò)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。SE-EPI：對(duì)毛細(xì)血管水平的血管內(nèi)對(duì)比劑敏感。GRE-EPI：對(duì)較大范圍內(nèi)的血管均敏感。掃描技術(shù)灌注成像研究的是機(jī)體的動(dòng)態(tài)過(guò)程，依賴于快速的磁共振成對(duì)比劑的應(yīng)用常用順磁性對(duì)比劑Gd-DTPA，它是一種非特異性細(xì)胞外間隙順磁性對(duì)比劑。一般采用單倍劑量（0.1mmol/kg）或雙倍劑量（0.1mmol/kg）劑量?。簩?duì)比劑產(chǎn)生的信號(hào)下降程度小，易受背景噪聲干擾，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差大。劑量大：對(duì)比劑由于彈丸效應(yīng)使對(duì)比劑通過(guò)腦組織血管時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)由于二次灌注使信號(hào)曲線與實(shí)際有明顯偏差。對(duì)比劑的應(yīng)用常用順磁性對(duì)比劑Gd-DTPA，它是一種非特異性對(duì)比劑的應(yīng)用為了使對(duì)比劑早期居于血管內(nèi)而不進(jìn)入組織，即保證沒(méi)有對(duì)比劑的再循環(huán)和漏出，對(duì)注射對(duì)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。團(tuán)注速度過(guò)慢信號(hào)下降程度降低，易導(dǎo)致參數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤。對(duì)比劑的應(yīng)用為了使對(duì)比劑早期居于血管內(nèi)而不進(jìn)入組織，即保證沒(méi)正常灌注MR表現(xiàn)CBV圖-皮層>基底節(jié)>白質(zhì)-高信號(hào)代表CBV增加，低信號(hào)CBV降低MTT圖白質(zhì)>基底節(jié)>皮層高信號(hào)MTT延長(zhǎng)，低信號(hào)MTT較短或MTT消失正常灌注MR表現(xiàn)CBV圖MTT圖MR腦灌注臨床應(yīng)用MR腦灌注臨床應(yīng)用1腦缺血性病變一、短暫性腦缺血發(fā)作（transientischemicattacks，TIA）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(wú)任何腦梗死證據(jù)。TIA后1月內(nèi)發(fā)生梗死者占4-8%，5年內(nèi)增至24-29%。1腦缺血性病變一、短暫性腦缺血發(fā)作（transientis1腦缺血性病變從CBF變化過(guò)程看，腦血流的下降到急性腦梗死的發(fā)生經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期：由于腦灌注壓下降引起的腦局部血流動(dòng)力學(xué)異常改變；腦循環(huán)儲(chǔ)備力失代償性低灌注所造成的神經(jīng)元功能改變；最后，由于CBF下降超過(guò)腦代謝儲(chǔ)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(gè)時(shí)期稱為腦梗死前期，TIA屬此期。腦血管病常有較長(zhǎng)的潛伏期，而TIA以及臨床出現(xiàn)的異常征象是一個(gè)十分明顯的預(yù)警信號(hào)。1腦缺血性病變從CBF變化過(guò)程看，腦血流的下降到急性腦梗死的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：TTP延長(zhǎng)：主要原因是血流速度慢和側(cè)支循環(huán)供血。MTT延長(zhǎng)：提示腦灌注壓降低，腦灌注儲(chǔ)備受損；若①CBV、CBF明顯減少，提示組織灌注不足；②CBV增加或接近正常，提示側(cè)支循環(huán)形成。1腦缺血性病變約50%TIA患者在發(fā)病12h內(nèi)的PWI上存在1腦缺血性病變二、急性缺血性腦梗死腦缺血由中央的梗死核心區(qū)、缺血半暗帶（ischemicpenumbra，IP）、血流減少區(qū)構(gòu)成。梗死核心區(qū)：不可逆損傷組織。IP：神經(jīng)元電生理活動(dòng)停止，側(cè)支供血僅能維持細(xì)胞膜穩(wěn)定，長(zhǎng)期低灌注終將導(dǎo)致梗死，溶栓治療的主要目的是恢復(fù)IP的血供。1腦缺血性病變二、急性缺血性腦梗死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(dòng)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(shí)以內(nèi)）或超級(jí)性腦缺血病人（發(fā)病3小時(shí)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(duì)多少。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(dòng)力學(xué)改變1腦缺血性病變CBV圖：異常低灌注區(qū)多代表梗死核心，即最終梗死區(qū)；CBF圖：異常灌注區(qū)代表缺血組織，可提供CBV圖不能反映的血流動(dòng)力學(xué)改變。MTT和TTP圖對(duì)組織低灌注最敏感，可最大范圍的顯示低灌注區(qū)。急性缺血PWI參數(shù)圖異常范圍大小順序：

MTT>CBF>CBV1腦缺血性病變CBV圖：異常低灌注區(qū)多代表梗死核心，即最終梗1腦缺血性病變灌注不足：MTT明顯延長(zhǎng)，CBV減少，CBF明顯減少。側(cè)支循環(huán)信息：MTT延長(zhǎng)，CBV增加或尚可。血流再灌注信息：MTT縮短或正常，CBV增加，CBF正?；蜉p度增加。過(guò)度灌注信息：CBV與CBF均顯著增加。1腦缺血性病變MTTTTPMTTTTPCBFCBVCBFCBV2顱內(nèi)占位性病變腫瘤細(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(zhǎng)因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）生成。新生血管迂曲、結(jié)構(gòu)異常使腫瘤CBV和CBF增加，MTT延長(zhǎng)。評(píng)價(jià)顱內(nèi)腫塊性病變時(shí)CBV是最有用的參數(shù)。研究表明CBV與腫瘤微血管密度（microvesseldensity，MVD）和VEGF濃度相關(guān)。測(cè)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(cè)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(píng)判腫瘤新生血管。2顱內(nèi)占位性病變腫瘤細(xì)胞增值活躍，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)葡萄糖降低和缺氧2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤常規(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(jí)，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。多項(xiàng)研究表明高級(jí)別膠質(zhì)瘤血管生成明顯，較低級(jí)別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)更高的CBV。2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤常規(guī)MRI一般根據(jù)腫瘤的強(qiáng)化程度等指標(biāo)進(jìn)行例1abc例1abc2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤FLAIRimage(a),contrast-enhancedaxialT1-weightedimage(b),andCBVmap(c)fromapatientaffectedbygliomagradeIV.IntheCBVmap(c)warmercolorsindicatehigherCBVvaluessuggestinghigherperfusionandneovascularization.ComparisonofCBVmap(c)andcontrast-enhancedaxialT1-weightedimagehighlightsamismatcharea(surroundedbythecircle)correspondingtotheextensionofthehighperfusionareaoutsidethecontrast-enhancement:thisindicatesamoreextensiveneovascularizationthanthatshownbyconventionalMRI(a,b).2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤FLAIRimage(a),contr例2例2

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤女，22歲(WHOⅣ)

2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤女，22歲(WHOⅣ)2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤例3例32.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤

間變性星形細(xì)胞瘤男，59歲(WHOⅢ)2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤間變性星形細(xì)胞瘤男，59歲(WHOⅢ例4例42.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤

彌漫性星形細(xì)胞瘤男，35歲(WHOⅡ)

2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤彌漫性星形細(xì)胞瘤男，35歲(W例5例52.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤男，13歲(WHOⅠ)2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤男，13歲(WHOⅠ例6例62.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤

少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤女，43歲(WHOⅡ)

2.1原發(fā)性膠質(zhì)瘤少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤女，43歲(WHO2.2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(jiàn)。它們常有豐富的血管而又無(wú)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(shí)質(zhì)時(shí)會(huì)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(méi)有血腦屏障，造影劑很快漏出，CBV的測(cè)量不可靠。灌注曲線特征是首次通過(guò)后基線恢復(fù)緩慢。2.2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2.2腦外腫瘤2.2腦外腫瘤2.3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(gè)顯著特征就是以血管為中心生長(zhǎng)，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。2.3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2.3腦原發(fā)淋巴瘤2.3腦原發(fā)淋巴瘤2.4腦轉(zhuǎn)移瘤腦轉(zhuǎn)移瘤多為血行轉(zhuǎn)移，在其生長(zhǎng)中產(chǎn)生無(wú)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(wú)腫瘤細(xì)胞侵潤(rùn)。孤立實(shí)性轉(zhuǎn)移常與原發(fā)腫瘤鑒別。兩者病灶區(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(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤周圍區(qū)域有腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn),轉(zhuǎn)移瘤腫瘤周圍區(qū)域的CBV值明顯比對(duì)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(duì)微循環(huán)起到壓迫作用導(dǎo)致灌注下降。2.4腦轉(zhuǎn)移瘤腦轉(zhuǎn)移瘤多為血行轉(zhuǎn)移，在其生長(zhǎng)中產(chǎn)生無(wú)屏障的新2.4腦轉(zhuǎn)移瘤2.4腦轉(zhuǎn)移瘤腦灌注成像原理及其應(yīng)用ppt課件3立體定向引導(dǎo)活檢活檢是確定腫瘤類型和級(jí)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(jí)。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(duì)于常規(guī)檢查不增強(qiáng)的腫瘤，更是一個(gè)有效的補(bǔ)充。3立體定向引導(dǎo)活檢活檢是確定腫瘤類型和級(jí)別的最后方法4評(píng)價(jià)治療效應(yīng)抗血管生成藥物的進(jìn)展使其能夠