动脉自旋标记脑灌注成像的原理及其临床应用完整版

动脉自旋标记脑灌注成像的原理及其临床应用MRI灌注成像：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,提供组织的血流动力学信息,从影像学角度评估组织活力和功能的成像方法。概述

MR灌注成像方法有3种:扩散性的示踪剂(如19F、17O)技术首过对比剂技术,静脉团注对比剂动脉自旋标记(arterialspinlabeling,ASL)技术。概述概述ASL最早由Detre于1992年提出并在老鼠身上实验成功,Roberts于1994年应用于人体上也取得成功。ASL作为一种完全无创性的、不需注射对比剂的新的灌注成像方法已被临床逐渐应用。一、ASL成像原理及方法

ASL：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。标记像包含静态组织及流入组织标记血的信息控制像为了消除静态组织的信号,预先对成像区进行一次未标记血成像。灌注像=标记像-控制像（只包含灌注信息）。一、ASL成像原理及方法

ASL技术根据标记方式不同分为二类：连续式(continuousarterialspinlabeling,CASL)脉冲式(pulsedarterialspinlabeling,PASL)PASL又根据标记的对称与否分为：对称式：血流敏感性的交替反转恢复(FAIR)、UNFAIR、FAIRER、FAIREST及BASE等非对称式：信号靶向交替射频(STAR)、PICORE、TILT、QUIPSS、DIPLOMA等。目前FAIR与STAR两种技术应用较广泛。一、ASL成像原理及方法

理论上ASL可得到3个血流动力学参数：血流量(BF)血容量(BV)平均通过时间(MTT)MTT与BV/BF的比值成正相关,并且与标记层面与成像层面之间距离有关,距离越远,MTT越长;距离越近,MTT越短。一、ASL成像原理及方法

二、ASL应用现状

1994年,Edelman等首次提出EPI-STAR技术,ASL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,如脑、肾、肺及心脏等。ASL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。正常脑组织的灌注与年龄、性别有一定的相关性。研究发现脑灰质灌注与年龄相关性大,每增加1岁,灰质灌注减少0.045%,且主要是额叶皮层灌注减少。女性的灌注较同龄男性高13%。

1.脑缺血2.脑肿瘤3.其它脑疾病二、ASL应用现状1脑灌注利用ASL技术在缺血早期(<30min)即可清楚显示灌注缺损区,其敏感性明显高于T2WI。急性中风病人早期也表现为脑缺血,ASL可清晰地显示灌注缺损或低灌注区,可进行定量分析。ASL与扩散加权成像(DWI)相结合,成为对中风早期诊断及指导早期治疗的重要手段。二、ASL应用现状1.1脑缺血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。Weber等利用ASL研究肿瘤的血供,结果表明脑膜瘤和恶性胶质瘤的rCBF较正常脑组织高;少突胶质细胞瘤的rCBF较低。二、ASL应用现状1.2脑肿瘤Weber研究发现胶质瘤与转移瘤水肿区的rCBF分别为1.31±0.97和0.39±0.19,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水分的增加而无肿瘤组织的浸润,水肿区rCBF降低与水肿压迫毛细血管有关;而胶质瘤周围则存在血管源性水肿和不同程度的肿瘤细胞浸润,常有血流量的增加。二、ASL应用现状1.2脑肿瘤ASL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rCBF的变化,可以区分坏死或复发,间接反映肿瘤的预后情况。由于ASL将自由弥散的水作为示踪剂,不会受血脑屏障破坏的影响,对高级肿瘤CBF的评估可能会相对更准确一些,更有助于区分III、Ⅳ级胶质瘤。二、ASL应用现状1.2脑肿瘤ASL已被用于中枢神经系统的许多其他疾病,包括癫痫、抑郁症及Alzheimer病等,也可用于脑损伤的动物模型。目前,脑功能MRI作为研究热点之一,已成为探索感觉、运动及认知功能的重要方法。在不同的功能状态下,CBF、CBV均会发生变化,因此ASL可通过监测CBF的变化,加深对脑功能的认识。二、ASL应用现状1.3其他脑疾病肺部由于质子密度低,气体/组织界面大,磁敏感率不均匀,存在呼吸运动及心脏搏动伪影等因素影响,使MR灌注成像受到了限制。二、ASL应用现状2肺灌注ASL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癌血供的研究方面。动物实验及临床试验都证明了ASL评价肾灌注的可行性及可靠性。

二、ASL应用现状3肾灌注ASL作为一种无创性方法在评价心肌灌注方面有一定优势。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确测定流入的血流量,反映局部灌注情况。二、ASL应用现状4心肌灌注1999年,Poncelet等用双门控EPI-FAIR技术对人体心肌灌注进行了实验性研究,发现所得结果可与BOLD技术相媲美。Waller等应用ASL技术对活体小鼠的心肌灌注进行了定量化研究,结果表明心肌灌注与冠脉阻力呈高度负相关。二、ASL应用现状4心肌灌注三、ASL定量分析的影响因素

主要影响因素包括：MTTRF脉冲波形信噪比(SNR)三、ASL定量分析的影响因素

MTT：是影响定量分析精确性的主要因素,减影后血管内存在的标记质子使灌注增加,这也是产生血管伪影的主要因素。ASL虽可以直接测定组织的绝对灌注值,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成像层面不同的MTT,以及标记质子和组织中水质子的交换率两方面的因素。RF脉冲波形：决定着标记的效率和精确性。RF脉冲波形对灌注的影响因素包括:①标记效率：实际磁化标记与理论标记之比。②有效标记宽度：标记质子在标记层面与成像层面之间有效通过距离。③标记位移：标记质子分别在标记层面和成像层面的空间距离偏移。三、ASL定量分析的影响因素

SNR：相对较低,主要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EPI或螺旋采集;对于肺及心脏多应用梯度回波或快速自旋回波。三、ASL定量分析的影响因素

四、ASL与PWI比较Weber等进行了正常脑组织ASL和PWI方法的比较研究。结果显示ASL与PWI在正常脑组织产生了高度可比较的灌注值。PWI需应用外源性对比剂，ASL技术作为一种完全无创性的、不需注射对比剂目前的ASL仅可获得CBF,而不象PWI还能获得CBV、MTT及峰值时间图(TTP)等参数。四、ASL与PWI比较与PWI法相比,不仅灌注图像的信噪比、空间分辨率较低。此外,ASL对被检者运动的高度敏感,上矢状窦等大静脉的污染,脑脊液的污染,磁化传递效应以及可能同时伴发的BOLD效应等等都可能会影响ASL灌注的测量。所以对ASL的评价也要全面、客观,以免高估。五、ASL技术展望ASL是一个包含众多分支、成员的大家族,而其各个分支、成员又有各自的特点、不足及优势,许多的发展及应用还有待进一步的证实,一些问题还存在着争议。各种ASL技术本身存在着许多不足或缺陷,最突出的就是信噪比较低,尤其在血流低的区域。ASL作为一种完全无创性的MR灌注成像新方法,在评价组织器官灌注方面已经取得一定进展,随着MRI技术的快速发展和理论基础的进一步完善,ASL的研究领域和临床应用也将得到进一步的拓展。小结图1患者,F64岁,左额部脑膜瘤。PWI图2与图1为同一患者,F64岁,左额部脑膜瘤。ASL图3