脑灌注成像原理及其应用1

1、MRI脑灌注成像基本原理及应用灌注（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

2、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，即团注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。DSC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，采用平面回波技术快速扫描进行连续的多层面多次成像，从而

3、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注情况。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转换为相应的组织内对比剂浓度时间曲线，后者可用来分析和确定组织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力学指标图像，确定兴趣区（ROI）以获得相应的数据。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

4、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=KR2*（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浓度曲线下降到最高强度值一半时的时间，主要反映的是血液到达感兴趣区的通路，而非组织本身灌注特点

5、，即对比剂通过毛细血管的时间（s），其长短明确反映了脑组织血液微循环的通畅情况。 4 峰值时间（TTP）指在时间浓度曲线上从对比剂开始出现到对比剂浓度达到峰值的时间。TP值越大，意味着最大对比剂团峰值到达脑组织的时间越晚。TTP被认为是显示脑灌注损伤的最敏感指标，能够早期发现脑缺血性病变。 常规T2WI磁共振血管造影CBFCBVASL技术 与外源性示踪剂方法比较，内源性示踪剂技术图像的信噪比，空间分辨率较低，没有DSC可获得的灌注层面多；可获得的数据较少，仅有CBF；对被检者运动的高度敏感，易受到影响。 但由于其不需要注射对比剂，具有无创性，可重复性高及组织对比度较好的优点，因而有较强的临床应

6、用潜力。比如近期发现ASL灌注图像对高、低胶质瘤的鉴别诊断有重要意义。ASL基本成像步骤 1 利用翻转脉冲对流入成像层面的动脉血进行标记 2 流入毛细血管区的血液与组织水中的质子进行交换引起局部组织纵向弛豫时间T1的变化 3 图像与没有标识的图像相减得到灌注图像 4 通过动力学模式定量测量脑血流量。MR脑灌注临床应用1脑缺血性病变 脑缺血区血流动力学变化 1脑缺血发生后，由于局部神经生化的改变，导致脑血管代偿性的扩张，血管循环阻力下降，以利于维持正常的局部脑血流量，早期局部脑血流量与平均通过时间增加。2局部脑动脉灌注压继续下降，血管扩张已经达到最大限度，局部脑血流量达到最大后开始下降。3脑组织

7、缺血时间超过6小时，脑组织的血液供应进一步下降，脑血管扩张失代偿，脑血管塌陷，局部脑血流量、局部脑血容积下降，不足以维持正常的细胞代谢与功能，缺血脑组织将产生不可逆转的损伤。 灌注成像技术能发现早期脑缺血区及其血液动力学改变，能在脑缺血后30min即清楚显示缺血区。故目前主要应用于急性脑缺血病人（发病6小时以内）或超级性脑缺血病人（发病3小时以内）的早期诊断。 PWI能直观的反映脑组织中血流量的相对多少，高信号区域提示为血流灌注丰富部分，低信号区为血流灌注减少区。 PWI可以提供必要的血液动力学参数。 1 灌注不足：MTT明显延长，rCBV减少，rCBF明显减少。 2 侧支循环信息：MTT延长

8、，rCBV增加或尚可。 3 血流再灌注信息：MTT缩短或正常，rCBV增加，rCBF正常或轻度增加。 4 过度灌注信息：rCBV与rCBF均显著增加。左侧大脑中动脉闭塞后3小时行PWIPWI-CBV图1A.B示右侧分水岭区MTT和TTP较左侧明显延迟，DSA示右侧ICA狭窄；图2A.B示右侧MCA和分水岭区MTT和TTP较左则明显延迟，DSA示右侧ICA闭塞；图3A.B示右侧MCA区较左则明显延迟，DSA示右侧MCA狭窄男，51岁，反复发作性左侧肢体无力1月。图1.2 rCBF、rCBV无明显异常；图3.4 rMTT、TTP示右侧大脑半球灌注延迟；图5 DSA示右ICA闭塞2颅内占位性病变 评

9、价颅内肿块性病变时CBV是最有用的参数。测量CBV作为辅助指标有助于评判脑肿瘤的新生血管程度，分级和恶性度，鉴别肿瘤样病变，监测治疗效果等。反映新生血管程度的活体CBV图，可用以间接评判肿瘤新生血管。 2.1 脑原发淋巴瘤 常规影像有时很难鉴别脑原发淋巴瘤与多行胶质母细胞瘤。脑原发淋巴瘤可侵犯血管内皮甚至侵入血管腔内，但新生血管却不明显。因此脑原发淋巴瘤的rCBV明显低于多形胶母的。 2.2原发性胶质瘤 胶质瘤的血管增生程度是决定病理学分级的重要参数之一，肿瘤恶性程度越高rCBV值越大，即多行胶母间变性星型细胞瘤低级别胶质瘤，灌注成像能够在活体上快速而几乎无创的量化反映组织的血管生成及分布情况

10、，从而达到对胶质瘤分级的目的。 2.3 脑转移瘤 孤立实性转移常与原发肿瘤鉴别。两者病灶区rCBV表现相近，灶周水肿区差异显著，原发肿瘤明显高于转移瘤。这可能就是转移瘤周围仅仅是单纯水肿而原发肿瘤除水肿外还有瘤细胞侵润的本质差异的反应。3 其他应用 3.1缺血性脑白质疏松症 MR PWI显示缺血性脑白质疏松症病人脑白质的rCBF下降 ,而脑灰质的 rCBF却正常 。 3.2老年性痴呆 MR PWI在此病早期诊断中有一定的临床作用 ,颞顶感觉运动及海马皮质区血液动力学改变是功能和认识损害的表达 。 3.3创伤性脑损伤 脑创伤后 ,脑血管发生改变导致脑缺血和进一步细胞损害 ,它可导致多种病理变化 ,MR PWI上脑损伤区域都可存在异常的 CBV 。 3.4脑静脉或硬脑膜窦血栓 MR PWI能显示脑组织