动脉自旋标记脑灌注成像的原理及其临床应用课件.ppt

1、动脉自旋标记脑灌注成像的原理动脉自旋标记脑灌注成像的原理及其临床应用及其临床应用 MRIMRI灌注成像：灌注成像：是指利用快速扫描技术显示是指利用快速扫描技术显示组织的微血管分布及血液灌注情况组织的微血管分布及血液灌注情况,提供组织提供组织的血流动力学信息的血流动力学信息,从影像学角度评估组织活从影像学角度评估组织活力和功能的成像方法。力和功能的成像方法。概概 述述 MR MR 灌注成像方法有灌注成像方法有3 3种种:扩散性的示踪剂扩散性的示踪剂(如如1919F F、1717O)O)技术技术首过对比剂技术首过对比剂技术,静脉团注对比剂静脉团注对比剂动脉自旋标记动脉自旋标记(arterial s

2、pin labeling,ASL)arterial spin labeling,ASL)技术。技术。概概 述述概概 述述 ASLASL最早由最早由DetreDetre于于19921992年提出并在老鼠身上实年提出并在老鼠身上实验成功验成功 ,Roberts,Roberts于于19941994年应用于人体上也取年应用于人体上也取得成功得成功 。ASLASL作为一种完全无创性的、不需注射对作为一种完全无创性的、不需注射对 比剂比剂的新的灌注成像方法已被临床逐渐应用。的新的灌注成像方法已被临床逐渐应用。一、一、ASLASL成像原理及方法成像原理及方法 ASLASL：是对在成像平面的上游血流进行标记使

3、其：是对在成像平面的上游血流进行标记使其自旋状态改变，待血对组织灌注后进行成像。自旋状态改变，待血对组织灌注后进行成像。标记像标记像包含静态组织及流入组织标记血的信息包含静态组织及流入组织标记血的信息 控制像控制像为了消除静态组织的信号为了消除静态组织的信号,预先对成像预先对成像 区进行一次未标记血成像。区进行一次未标记血成像。灌注像灌注像=标记像标记像-控制像（只包含灌注信息）。控制像（只包含灌注信息）。一、一、ASL成像原理及方法成像原理及方法 ASLASL技术根据标记方式不同分为二类：技术根据标记方式不同分为二类：连续式连续式(continuous arterial spin label

4、ing,continuous arterial spin labeling,CASL)CASL)脉冲式脉冲式(pulsed arterial spin labeling,PASL)pulsed arterial spin labeling,PASL)PASLPASL又根据标记的对称与否分为：又根据标记的对称与否分为：对称式：对称式：血流敏感性的交替反转恢复血流敏感性的交替反转恢复(FAIR)FAIR)、UNFAIR UNFAIR、FAIRERFAIRER、FAIRESTFAIREST及及BASEBASE等等非对称式非对称式：信号靶向交替射频：信号靶向交替射频(STAR)STAR)、PICORE

5、 PICORE 、TILTTILT、QUIPSSQUIPSS、DIPLOMADIPLOMA等。等。目前目前FAIRFAIR与与STARSTAR两种技术应用较广泛。两种技术应用较广泛。一、一、ASL成像原理及方法成像原理及方法 理论上理论上ASLASL可得到可得到3 3个血流动力学参数：个血流动力学参数：血流量血流量(BFBF)血容量血容量(BV)BV)平均通过时间平均通过时间(MTT)MTT)MTTMTT与与BV/BFBV/BF的比值成正相关的比值成正相关,并且与标记层面与成并且与标记层面与成像层面之间距离有关像层面之间距离有关,距离越远距离越远,MTTMTT越长越长;距离越距离越近近,MTT

6、MTT越短。越短。一、一、ASL成像原理及方法成像原理及方法 二、二、ASLASL应用现状应用现状 19941994年年,EdelmanEdelman等首次提出等首次提出EPI-STAREPI-STAR技术技术,ASLASL已经进入临床初步应用阶段。已经进入临床初步应用阶段。现已用于多个组织器官的灌注成像现已用于多个组织器官的灌注成像,如脑、肾、如脑、肾、肺及心脏等。肺及心脏等。ASLASL技术最广泛的临床应用是在脑血管疾病和脑部技术最广泛的临床应用是在脑血管疾病和脑部其他疾病方面。其他疾病方面。正常脑组织的灌注与年龄、性别有一定的相关性。正常脑组织的灌注与年龄、性别有一定的相关性。研究发现脑

7、灰质灌注与年龄相关性大研究发现脑灰质灌注与年龄相关性大,每增加每增加1 1岁岁,灰质灌注减少灰质灌注减少0.045%,0.045%,且主要是额叶皮层灌且主要是额叶皮层灌注减少。女性的灌注较同龄男性高注减少。女性的灌注较同龄男性高13%13%。1.1.脑缺血脑缺血2.2.脑肿瘤脑肿瘤3.3.其它脑疾病其它脑疾病二、二、ASL应用现状应用现状1 脑灌注脑灌注利用利用ASLASL技术在缺血早期技术在缺血早期(30(30min)min)即可清楚显示即可清楚显示灌注缺损区灌注缺损区,其敏感性明显高于其敏感性明显高于T2WIT2WI。急性中风病人早期也表现为脑缺血急性中风病人早期也表现为脑缺血,ASLAS

8、L可清晰地可清晰地显示灌注缺损或低灌注区显示灌注缺损或低灌注区,可进行定量分析。可进行定量分析。ASLASL与扩散加权成像与扩散加权成像(DWI)DWI)相结合相结合,成为对中风早成为对中风早期诊断及指导早期治疗的重要手段。期诊断及指导早期治疗的重要手段。二、二、ASL应用现状应用现状1.1 脑缺血脑缺血测定肿瘤血流量对肿瘤分级、鉴别原发与转移以测定肿瘤血流量对肿瘤分级、鉴别原发与转移以及评价肿瘤疗效有重要价值。及评价肿瘤疗效有重要价值。WeberWeber等利用等利用ASLASL研究肿瘤的血供研究肿瘤的血供,结果表明脑膜结果表明脑膜瘤和恶性胶质瘤的瘤和恶性胶质瘤的rCBFrCBF较正常脑组织

9、高较正常脑组织高;少突胶少突胶质细胞瘤的质细胞瘤的rCBFrCBF较低。较低。二、二、ASL应用现状应用现状1.2 脑肿瘤脑肿瘤WeberWeber研究发现胶质瘤与转移瘤水肿区的研究发现胶质瘤与转移瘤水肿区的rCBFrCBF分分别为别为1.311.310.970.97和和0.390.390.19,0.19,有显著性差异。有显著性差异。病理检查转移瘤周围的血管性水肿仅有组织间隙病理检查转移瘤周围的血管性水肿仅有组织间隙水分的增加而无肿瘤组织的浸润水分的增加而无肿瘤组织的浸润,水肿区水肿区rCBFrCBF降降低与水肿压迫毛细血管有关低与水肿压迫毛细血管有关;而胶质瘤周围则存而胶质瘤周围则存在血管源

10、性水肿和不同程度的肿瘤细胞浸润在血管源性水肿和不同程度的肿瘤细胞浸润,常常有血流量的增加。有血流量的增加。二、二、ASL应用现状应用现状1.2 脑肿瘤脑肿瘤ASLASL在脑肿瘤放化疗后肿瘤坏死或复发的鉴别有很在脑肿瘤放化疗后肿瘤坏死或复发的鉴别有很大的优势。监测治疗前后大的优势。监测治疗前后rCBFrCBF的变化的变化,可以区分可以区分坏死或复发坏死或复发,间接反映肿瘤的预后情况。间接反映肿瘤的预后情况。由于由于ASLASL将自由弥散的水作为示踪剂将自由弥散的水作为示踪剂,不会受血不会受血脑屏障破坏的影响脑屏障破坏的影响,对高级肿瘤对高级肿瘤CBFCBF的评估可能会的评估可能会相对更准确一些相

11、对更准确一些,更有助于区分更有助于区分IIIIII、级胶质级胶质瘤。瘤。二、二、ASL应用现状应用现状1.2 脑肿瘤脑肿瘤ASLASL已被用于中枢神经系统的许多其他疾病已被用于中枢神经系统的许多其他疾病,包包括癫痫、抑郁症及括癫痫、抑郁症及AlzheimerAlzheimer病等病等,也可用于脑损也可用于脑损伤的动物模型。伤的动物模型。目前目前,脑功能脑功能MRIMRI作为研究热点之一作为研究热点之一,已成为探已成为探索感觉、运动及认知功能的重要方法。在不同的索感觉、运动及认知功能的重要方法。在不同的功能状态下功能状态下,CBFCBF、CBVCBV均会发生变化均会发生变化,因此因此ASL AS

12、L 可通过监测可通过监测CBFCBF的变化的变化,加深对脑功能的认识。加深对脑功能的认识。二、二、ASL应用现状应用现状1.3 其他脑疾病其他脑疾病肺部由于质子密度低肺部由于质子密度低,气体气体/组织界面大组织界面大,磁敏磁敏感率不均匀感率不均匀,存在呼吸运动及心脏搏动伪影等因存在呼吸运动及心脏搏动伪影等因素影响素影响,使使MRMR灌注成像受到了限制。灌注成像受到了限制。二、二、ASL应用现状应用现状2 肺灌注肺灌注ASLASL可成为评价肾灌注的一个理想方法。目前主要可成为评价肾灌注的一个理想方法。目前主要应用于急性缺血、各种原因引起的肾功衰竭及肾应用于急性缺血、各种原因引起的肾功衰竭及肾癌血

13、供的研究方面。癌血供的研究方面。动物实验及临床试验都证明了动物实验及临床试验都证明了ASLASL评价肾灌注的可评价肾灌注的可行性及可靠性。行性及可靠性。二、二、ASL应用现状应用现状3 肾灌注肾灌注ASLASL作为一种无创性方法在评价心肌灌注方面有作为一种无创性方法在评价心肌灌注方面有一定优势。一定优势。由于心脏毛细血管床与心肌纤维长轴方向一致由于心脏毛细血管床与心肌纤维长轴方向一致,所以在与心肌纤维长轴垂直方向的层面上可以精所以在与心肌纤维长轴垂直方向的层面上可以精确测定流入的血流量确测定流入的血流量,反映局部灌注情况。反映局部灌注情况。二、二、ASL应用现状应用现状4 心肌灌注心肌灌注19

14、991999年年,PonceletPoncelet等用双门控等用双门控EPI-FAIREPI-FAIR技术对人技术对人体心肌灌注进行了实验性研究体心肌灌注进行了实验性研究,发现所得结果可发现所得结果可与与BOLDBOLD技术相媲美。技术相媲美。WallerWaller等应用等应用ASLASL技术对活体小鼠的心肌灌注进技术对活体小鼠的心肌灌注进行了定量化研究行了定量化研究,结果表明心肌灌注与冠脉阻力结果表明心肌灌注与冠脉阻力呈高度负相关。呈高度负相关。二、二、ASL应用现状应用现状4 心肌灌注心肌灌注三、三、ASLASL定量分析的影响因素定量分析的影响因素 主要影响因素包括主要影响因素包括：MT

15、TMTTRFRF脉冲波形脉冲波形信噪比信噪比(SNR)SNR)三、ASL定量分析的影响因素 MTTMTT：是影响定量分析精确性的主要因素是影响定量分析精确性的主要因素,减影减影后血管内存在的标记质子使灌注增加后血管内存在的标记质子使灌注增加,这也是产这也是产生血管伪影的主要因素。生血管伪影的主要因素。ASLASL虽可以直接测定组虽可以直接测定组织的绝对灌注值织的绝对灌注值,但存在一定的系统误差。引起但存在一定的系统误差。引起系统误差的主要原因是被标记质子从标记层面到系统误差的主要原因是被标记质子从标记层面到成像层面不同的成像层面不同的MTT,MTT,以及标记质子和组织中水以及标记质子和组织中水

16、质子的交换率两方面的因素。质子的交换率两方面的因素。RFRF脉冲波形：脉冲波形：决定着标记的效率和精确性。决定着标记的效率和精确性。RFRF脉脉冲波形对灌注的影响因素包括冲波形对灌注的影响因素包括:标记效率标记效率：实际磁化标记与理论标记之比。实际磁化标记与理论标记之比。有效标记宽度有效标记宽度：标记质子在标记层面与成像标记质子在标记层面与成像 层面之间有效通过距层面之间有效通过距离。离。标记位移标记位移：标记质子分别在标记层面和成像标记质子分别在标记层面和成像 层面的空间距离偏移。层面的空间距离偏移。三、ASL定量分析的影响因素 SNRSNR：相对较低相对较低,主要是由于运动伪影造成的减主要

17、是由于运动伪影造成的减影误差所引起的。为减小减影误差可采用多个影误差所引起的。为减小减影误差可采用多个反转脉冲进行背景抑制或单次激发的快速成像反转脉冲进行背景抑制或单次激发的快速成像技术。对于脑及肾多采用单次激发的技术。对于脑及肾多采用单次激发的EPIEPI或螺旋或螺旋采集采集;对于肺及心脏多应用梯度回波或快速自对于肺及心脏多应用梯度回波或快速自旋回波。旋回波。三、ASL定量分析的影响因素 四、四、ASLASL与与PWIPWI比较比较WeberWeber等进行了正常脑组织等进行了正常脑组织ASLASL和和PWIPWI方法的比较方法的比较研究。结果显示研究。结果显示ASLASL与与PWIPWI在

18、正常脑组织产生了高在正常脑组织产生了高度可比较的灌注值。度可比较的灌注值。PWIPWI需应用外源性对比剂，需应用外源性对比剂，ASLASL技术作为一种完技术作为一种完全无创性的、不需注射对比剂全无创性的、不需注射对比剂目前的目前的ASLASL仅可获得仅可获得CBF,CBF,而不象而不象PWIPWI还能获得还能获得CBVCBV、MTTMTT及峰值时间图及峰值时间图(TTP)(TTP)等参数。等参数。四、ASL与PWI比较与与PWIPWI法相比法相比,不仅灌注图像的信噪比、空间分辨不仅灌注图像的信噪比、空间分辨率较低。率较低。此外此外,ASLASL对被检者运动的高度敏感对被检者运动的高度敏感,上矢

19、状窦等上矢状窦等大静脉的污染大静脉的污染,脑脊液的污染脑脊液的污染,磁化传递效应以及磁化传递效应以及可能同时伴发的可能同时伴发的BOLDBOLD效应等等都可能会影响效应等等都可能会影响ASLASL灌灌注的测量。所以对注的测量。所以对ASLASL的评价也要全面、客观的评价也要全面、客观,以以免高估。免高估。五、五、ASLASL技术展望技术展望ASLASL是一个包含众多分支、成员的大家族是一个包含众多分支、成员的大家族,而其各而其各个分支、成员又有各自的特点、不足及优势个分支、成员又有各自的特点、不足及优势,许多许多的发展及应用还有待进一步的证实的发展及应用还有待进一步的证实,一些问题还存一些问题

20、还存在着争议。在着争议。各种各种ASLASL技术本身存在着许多不足或缺陷技术本身存在着许多不足或缺陷,最突出最突出的就是信噪比较低的就是信噪比较低,尤其在血流低的区域。尤其在血流低的区域。ASL作为一种完全无创性的作为一种完全无创性的MR灌注成灌注成像新方法像新方法,在评价组织器官灌注方面已经取在评价组织器官灌注方面已经取得一定进展得一定进展,随着随着MRI技术的快速发展和理技术的快速发展和理论基础的进一步完善论基础的进一步完善,ASL的研究领域和临的研究领域和临床应用也将得到进一步的拓展。床应用也将得到进一步的拓展。小小 结结图图1 患者患者,F64 岁岁,左额部脑膜瘤左额部脑膜瘤。PWI图图2与图与图1为同一患者为同一患者,F64 岁岁,左额部脑膜瘤左额部脑膜瘤。ASL图图3M57Y,主主诉：突发头晕伴左侧肢体乏力、麻木感两月诉：突发头晕伴左侧肢体乏力、麻木感两月ASLPWI图图4男性男性 35岁岁 检查意外发现右颞叶占位性病变。检查意外发现右颞叶占位性病变。星形胶质细胞瘤（星形胶质细胞瘤（WHO级）。级）。ASL图图5与图与图4为同一患者。为同一患者。PWI图图6男性男性 70岁主岁主 诉：诉：右侧肢体麻木乏力右侧肢体麻木乏力1年。年。弥漫大弥漫大B细胞性淋巴瘤细胞性淋巴瘤ASLPWI图图7与图与图6为同一患者为同一患者。