CTMRI灌注成像的基本原理及其临床应用

复旦大学研究生课程教学讲义

功能成像在肿瘤诊断中的应用

复旦大学附属肿瘤医院影像中心

目录

1.CT、MRI灌注成像的基本原理及其临床应用一彭卫军⑵

2.磁共振弥散成像的基本原理及临床应用----顾雅佳(14)

3.质子磁共振波谱基本原理及其在颅内肿瘤诊断中的应用

-------------------------------------------------周正荣(25)

4.BOLD-fMRI脑功能成像------------------------周良平(42)

5.PET,SPECT在肿瘤诊断中的应用

章英剑(64)

CT、MRI灌注成像的基本原理及其临床应用

复旦大学附属肿瘤医院影像中心彭卫军吴斌

灌注(Perfusion)是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。灌注成像(perfusionimaging)

是建立在流动效应基础上成像方法，与磁共振血管成像不同的是，它

观察的不是血液流动的宏观流动，而是分子的微观运动。利用影像学

技术进行灌注成像可测量局部组织血液灌注，了解其血液动力学及功

能变化，对临床诊断及治疗均有重要参考价值。灌注成像主要有两个

方面的内容，一是采用对水分子微量运动敏感的序列来观察人体微循

环的灌注状况，二是通过造影剂增强方法来动态的研究器官，组织或

病灶区微血管灌注情况。肿瘤的灌注研究可以评价肿瘤的血管分布，

了解肿瘤的性质和观察肿瘤对于放射治疗和/或化疗后的反应.

一、灌注成像的原理、技术及相关序列

核医学对局部组织血流灌注成像的研究较早，CT、MRI灌注技术

为近年来发展较为迅速的成像方法。

1.CT灌注

CT灌注(CTperfusion)技术最早由Mi1es于1991年提出，并先

后对肝、脾、胰、肾等腹部实质性脏器进行了CT灌注成像的动物实验

和临床应用的初步探讨。所谓CT灌注成像是指在静脉注射对比剂同

时，对选定层面通过连续多次同层扫描，以获得该层面每一像素的时

间-密度(time-densitycurve,TDC)曲线，其曲线反映的是对比

剂在该器官中映了组浓度的变化，间接反织器官灌注量的变化.根据

该曲线利用不同的数学模型计算出血流量(bloodflow,BF)、血容量

(bloodvolume,BV)、对比剂平均通过时间(meantransittime,

MTT)、对比剂峰值时间(Transittimetothepeak,TTP、毛细血

管通透性等参数，对以上参数进行图像重建和伪彩染色处理得到上述

各参数图。CT灌注成像的理论基础为核医学的放射性示踪剂稀释原理

和中心容积定律(centra1vo1umeprinciple)：BF=BV/MTT。BF指在

单位时间内流经一定量组织血管结构的血流量(ml/min/ml);BV指存

在于一定量组织血管结构内的血容量(ml/g);MTT指血液流经血管结

构时，包括动脉、毛细血管、静脉窦、静脉，所经过的路径不同，其

通过时间也不同，因此用平均通过时间表示，主要反映的是对比剂通

过毛细血管的时间(S);TTP指TDC上从对比剂开始出现到对比剂达峰

值的时间(S)。增强CT所用的碘对比剂基本符合非弥散型示踪剂的要

求，所以可以借用核医学灌注成像的原理。CT灌注成像使用的数学方

法主要有两种：非去卷积法和去卷积法。前者忽略对比剂的静脉流出，

假定在没有对比剂外渗和消除对比剂再循环的情况下，即对比剂首过

现象(对比剂由动脉进入毛细血管到达静脉之前一段时间内，没有对

比剂进入静脉再次循环的现象)去计算BF、BV、MTT等参数。而去卷

积数学模型概念复杂，主要反映的是注射对比剂后组织器官中存留的

对比剂随时间的变化量，其并不用对组织器官的血流动力学状况预先

做一些人为的假设，而是根据实际情况综合考虑了流入动脉和流出静

脉进行数学计算处理，因此更真实反映组织器官的内部情况。总之，

非卷积数学方法概念相对简单，便于理解，但易低估BF,注射对比剂

进要求注射流率大，增加了操作难度和危险性。而去卷积数学方法计

算偏差小，注射速度要求不高(一般4~5ml/s),预计去卷积法将会

被广泛应用.

CT灌注是最早应用的影像学功能成像方法之一，1983年Axel首次

利用动态CT扫描技术和对比剂团注射法获得了脑的CBF和CBV定量数

值。由于受当时CT扫描速度原因的限制，此项技术没有在临床应用。

经数十年的发展，目前此项技术已经较为成熟。随着多排CT的推广应

用，CT灌注已经从单层面的灌注发展到多层面灌注，大大提高了时间

及空间分辨率。

2.磁共振灌注成像(Perfusion-weightedMRimaging,PWI)

磁共振灌注成像是指用来反映组织的微血管灌注分布及血流灌

注情况的磁共振检查技术。目前依据其成像原理可大致分为二种类

型，即对比剂首过灌注成像、动脉血质子自旋标记技术。

对比剂首过灌注成像属于动态增强磁共振成像(dynamic

contrastenhancedMRI,DCEMRI)范畴。动态增强磁共振成像技术

的方法与CT增强扫描方法大致相同，所不同的是注入顺磁性造影剂如

Gd-DTPAO顺磁性的轧剂一进入毛细血管床便在毛细血管内外建立起

多个小的局部磁场，即形成一定的磁敏感性差别，类似于在毛细管与

组织间建立了无数小梯度磁场，这样不仅使组织质子所经历的磁场均

匀性降低，而且导致质子相位相干的损失，即加速了质子的失相位过

程，从而使组织的T2时间均缩短。这时使用T?*敏感序列进行测量，

即可观察到组织信号的显著减小，即所谓的“负性增强(negative

enhancement)”;如果用对T1时间敏感的序列检查，则表现为组织

的正性增强。这种方法能综合评价组织灌注，血容量以及血管的渗透

率。虽然这种方法简便，实用，但也有其局限性：首先，顺磁性造影

剂对「和L时间都有影响，其浓度与增强的程度不成线性关系，所以

不能像CT那样进行定量的评价；其次，现在临床使用的磁共振机器的

空间和时间分辨率都不够，以前多选择T「动态增强最强的部分层面

进行单层面L*-首过灌注，但「动态增强与多种因素有关，如肿瘤组

织的「值、肿瘤的灌注情况、肿瘤间质的「值、毛细血管密度及毛细

血管的渗透性等。有时不能完全反映整个肿瘤的微血管灌注特征。只

在肿瘤中一个感兴趣层面进行动态扫描，从而片面地反映肿瘤的整体

情况。当然，新型磁共振扫描仪及EPI等快速成像序列的出现，使得

对整个肿瘤的首过灌注成像已成为可能。EPI以一连串梯度回波为特

征，单次激发EPI仅激发1次即可完成K空间的信号采集。因此在提高

时间分辨率的同时又保证了高的空间分辨率。多层动态的L*首过MR

灌注成像(DynamicsussuptibilitycontrastT2*-weighted

imaging)能较全面的反映肿瘤的微血管灌注。

第二种是流入法，具体的技术有动脉自旋标记法(artery

spin-labeling),将血液水分子作为内在的弥散标记物，磁化标记

成像层面上游的动脉血液内水分子，然后观察它弥散进入组织的效

应，具体做法是在感兴趣的层面之前即用反转或预饱和技术将动脉血

中的水分子标记，当其进入感兴趣区，扩散进入细胞外空间，并与未

受干扰的组织自旋相作用，组织净磁化矢量就变小，从而导致信号下

降局部的信号强度取决于血流和L驰豫间的相互作用，将标

记后获得的图像与未标记所获得的图像比较可计算组织的灌注。目前

反转技术是较为理想的灌注成像方法，反转可以得到双倍的观察效

果，但是必须采用一系列技术来补偿灌注定量测量的不完善性，其中

包括修正磁化传递对比(magnetizationtransfercontrast,MTC)

效应，抑制宏观血管效应，准确估算动脉血反转的程度。动脉血质子

标记技术不需要注射外源性对比剂，可以获得定量的血流数值。但是，

它从使用标记脉冲到标记的动脉血质子到达成像层面使「反转需要

较长的通过延迟时间，降低了灌注对比。因此，即使增加信号平均次

数(这会增加成像时间)，此技术的信噪比也较差。除了对序列设置

要求较高外，这种方法的另一个块陷也是显而易见的：它只是对特定

感兴趣层面的肿瘤灌注进行评价，而不能代表整个肿瘤的灌注情况，

对肿瘤进行多个层面的测定，理论上可以部分弥补这种偏倚。因此，

目前临床尚没有广泛应用。

自旋标记法不需要外源的对比剂，通过对感兴趣层面采集没自旋

和自旋标记后两次不同的L驰豫时间就可以通过公式定量地测定感

兴趣区内血流的灌注量。PeterSchmi11等用这种方法对头颈部鳞癌

及转移淋巴结进行了放疗前及放疗中的定量灌注研究，结果显示较高

灌注率的肿瘤对放疗有着较好的反应表现，定量的灌注值(P值)可

以作为一个独立的预测因子来评价肿瘤对放疗的反应及推断肿瘤的

预后。同时，因为该方法是对血流灌注进行测定，它也可以用来对一

些抗血管生成的药物进行疗效评价。

二、灌注成像的临床应用

(-)颅脑病变

1.脑缺血性病变通过对局部脑灌注的测量可了解有关生理功

能及能量代谢的情况，灌注测定对于脑缺血的诊断及治疗均有重要意

义。灌注成像分析脑血液动力学改变，通过评价脑血流(cerebral

b1oodflow,CBF)、脑血容量(cerebralb1oodvo1ume,CBV)及平均

通过时间(meantransitiontime,MTT)来描述早期缺血性脑卒中患

者脑血流低灌注区、梗塞区及缺血半暗带区，由此获得较完整的早期

卒中的诊断信息。

当脑血流量(CBF)降低到(10~20mL)-100g1-min一或皮层

CBF降低到正常的40%、白质CBF降低到正常的35%时，就引起脑组织

的缺血反应。目前公认，脑缺血由中央的梗死区和周围的由侧支循环

供血的半暗带区构成，后者神经元电活动停止，侧支供血仅能维持细

胞膜稳定，长期的低灌注终将导致梗死，溶栓治疗的主要目的是恢复

脑缺血半暗带区的血供。

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)或超急性脑缺血病人(发病3小时以内)的早期诊

断。PWI可以提供必要的血液动力学参数。通过综合分析这些参数可

以掌握组织血液供给的具体情况：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，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。急性脑缺血期病灶中

心血流灌注严重减少，rCBV的减少是最直观的指标，它反映单位质量

内血容量减少。当脑局部灌注压下降时，脑组织可以通过一定的自我

调节机制使局部血管床扩张以增加血容量来代偿。研究表明急性脑缺

血发作后，过度灌注和持续的灌注不足可同时存在，且是造成脑组织

损伤的原因。灌注成像可通过rCBF和MTT来了解局部组织的灌注情况,

有望帮助临床及时判断病变进展。

2.颅内占位性病变评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。血管形态和新生程度

是区分颅内肿瘤类型、确定其生物学侵袭程度的重要依据。反映肿瘤

血管化程度的活体CBV图，可用以间接评判肿瘤新生血管。研究表明，

灌注成像测量的rCBV与常规血管造影的肿瘤血管染色及组织病理新

生血管的测量相关性好。

(1)原发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，目前临床上采用微血管密度计数作为评价胶质瘤血

管生成的金标准，随着胶质瘤恶性程度的提高，其微血管密度也在提

高。而从总体上看，肿瘤恶性程度越高rCBV值越大，即多形胶母＞间

变性星形细胞瘤＞低级别胶质瘤，灌注成像能够在活体上快速而几乎

无创地量化反映组织的血管生成及分布情况，从而达到对胶质瘤分级

的目的。

(2)立体定向引导活检活检是确定肿瘤类型和级别的最后方

法，但只有从肿瘤恶性度最高处采样才能准确分级。常规增强CT或MRI

所显示的增强区域只代表血脑屏障破坏而并不一定是肿瘤最恶性部

分。CBV图能显示血管分布增多区，对于常规检查不增强的肿瘤，更

是一个有效的补充。

(3)评价治疗效应抗血管生成药物的进展使其能够主动选择

性分离破坏肿瘤血管，可附加于脑肿瘤化疗方案中。胶质瘤手术、放

疗、化疗后均需要影像检查评价肿瘤活性，但常规CT或MRI增强并不

能准确显示肿瘤进程及肿瘤血管。在一组附加了抗血管生成药物化疗

患者的治疗过程中，系列rCBV的测量与增强MRI相比能更好地反映患

者临床状况的变化。

(4)鉴别胶质瘤肿瘤复发和治疗性坏死鉴别肿瘤复发和

放射性坏死对治疗方案选择很重要，常规影像和临床检查常常很难鉴

别迟发放射性坏死和肿瘤复发。在病理上两者表现迥异，放射性坏死

为广泛血管损伤和组织块氧，而肿瘤复发为血管新生。在所有影像学

方法中，PET对鉴别较有帮助；但设备昂贵，不能作为常规诊断手段。

灌注成像的CBV图能够反映肿瘤复发和放射性坏死在血管分布上的病

理差异。

(5)脑胶质瘤病脑胶质瘤病是一种罕见肿瘤，病理特征是

中度多形的胶质细胞沿正常结构内浸润而不破坏它，病变区细胞数量

增多但无脑实质破坏和新生血管。灌注成像显示病变区缺乏血管增

生，rCBV甚至低于正常、未受累的脑白质。

(6)脑转移瘤脑转移瘤多为血行转移，在其生长中产生

无屏障的新生血管网；瘤周常伴不同程度水肿，但其内的毛细血管床

正常；肿瘤边缘以外无肿瘤细胞浸润。孤立、实性转移常需与原发肿

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

的rCBV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浸润的本质差异的反映。

(7)脑原发淋巴瘤脑原发淋巴瘤的治疗依靠联合大剂量化

疗和放疗而非手术。在诊断上，常规影像有时很难鉴别脑原发淋巴瘤

与多形胶质母细胞瘤。灌注成像显示肿瘤新生血管特征的能力有助于

鉴别两者。脑原发淋巴瘤组织病理上的一个显著特征就是以血管为中

心生长、形成多层环形结节并使血管周围间隙扩大。虽然肿瘤细胞可

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rCBV值。脑原发淋巴瘤有可能出现

常规T1WI增强明显强化而rCBV较低。有时与肿块性脱髓鞘斑块鉴别困

难，两者比较总体上脑原发淋巴瘤的rCBV较高。

(8)脑外肿瘤颅内脑外肿瘤是指起源于颅内非脑实质组织

如脑膜、硬膜、颅骨、脑室、脉络膜丛、松果体、垂体的肿瘤，以脑

膜瘤最常见。它们常有丰富的血管而又无血脑屏障，所以增强显著。

一般情况下常规影像检查鉴别脑内外肿瘤不难，当脑内肿瘤侵犯硬膜

或脑外肿瘤侵犯脑实质时会给定位诊断造成困难。脑外肿瘤的rCBV

明显高于脑内肿瘤。值得注意的是由于脑外肿瘤没有血脑屏障，造影

剂很快漏出，rCBV的测量不可靠。灌注曲线特征是首次通过后基线恢

复缓慢。

(二)腹部病变：

常规影像学检查能反映出腹部实体肿瘤的大体形态学特点，并由

此作出可能的定性诊断；而灌注成像可以更进一步地了解肿瘤的血供

情况、血管分布和血管通透性情况，从而十分有助于对肿瘤的诊断及

鉴别诊断、恶性肿瘤的分期以及对肿瘤治疗疗效的评价等。目前腹部

肿瘤的灌注研究尚主要集中在肝脏、胰腺、肾脏疾病上。

1.肝脏的灌注研究：肝脏CT灌注成像技术的理论基础亦来源于

核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律。在进行肝脏CT灌注

检查时，采用电影(Cine)扫描模式，球管在病人同一部位连续曝光，

在注入对比剂后8~12s开始扫描。MRI灌注成像的原理同CT相仿。成

像序列可以是「WI或T?*WI,GRE-EPIT?*WI序列常用于脑组织灌注成

像，有较高的时间分辨率。但该序列用于肝脏时图像稳定性差且有明

显的伪影。由于肝脏的L*时间明显比脑组织短，超快速SPGRT/WI

序列图像的SNR往往较低，不适合于肝脏L*灌注成像。有学者认为，

只要参数合适，「WI序列还是可以用于肝脏的血流灌注成像。现代CT

或MRI灌注成像空间和时间分辨率均达到较高的水平，与CT相比，MRI

灌注成像具有以下优点：①具有更高的时间分辨率；②由于对比剂剂

量小，团注效果较好；③没有辐射损伤；④TAE是治疗原发性肝癌及

转移瘤的有效手段，治疗后肿瘤组织内新生血管的形成和血供的恢复

是肿瘤“复活”的标志，但由于病灶内有高密度的碘油残留，CT灌注

比较困难，而MRI灌注不受碘油的影响，因而可以用于TAE的疗效评价

和随访监测。

(1)正常肝脏的灌注肝脏由肝动脉和门静脉两套系统供血，

因此肝脏的灌注情况较为复杂，必须分别评价其灌注状况：肝动脉灌

注量HAP和门静脉灌注量PVP,肝动脉灌注指数HPI=HAP/(HAP+PVP),

门静脉灌注指数PPI=PVP/(HAP+PVP).Miles等在肝灌注研究中用脾的

TDC峰值来区分肝动脉期和门静脉期。各文献报道中正常肝脏的HAP、

PVP数值并不一致，这可能为所选的病例不同，对比剂的用量、注射

速率、扫描持续时间不同所致。但总的来说，

HAP/PVP~1/4~1/3O

目前肝灌注成像主要集中在肝硬变和肝肿瘤的鉴别诊断、隐匿性或微

小肝转移灶的检测、肝移植和肝癌经导管栓塞治疗后肝脏灌注情况的

改变等方面。

(2)肝硬变肝硬变时肝血管床被破坏、改建，导致了肝血

流灌注状态的改变。引起肝脏血供抵抗增加，门静脉灌注减少。动脉

代偿性生长会引起动脉灌注增加，但常不能阻止肝脏总灌注量的下

降。Miles等对肝灌注CT成像研究表明，肝硬变时门静脉灌注量低于

正常对照组，分别为0.17ml/(min-ml)和0.34ml/(min-ml)(P

<0.002)，这样肝硬变的肝动脉灌注指数明显高于正常对照组，分别

为0.65和0.32(P<0.005).这可能与肝硬变时门静脉高压使门静脉灌

注减少和肝动脉代偿性灌注增加有关。即使无形态上的改变，通过CT

灌注成像可发现肝灌注指数的变化仍可提示肝硬变的存在，还可根据

肝灌注指数评价肝硬变的程度以及用于改善肝硬变门脉高压药物的

疗效。

(3)肝肿瘤无论是原发性肝癌还是肝转移瘤均由肝动脉供血，

且引流血管为包膜周围的门静脉。所以恶性肝肿瘤的HPI增高，而良

性肿瘤多不由肝动脉供血，其HPI正常。Tajima等对比不典型增生结

节和高分化肝细胞肝癌与中、低分化肝细胞肝癌的病灶肝实质血管含

量比，发现随病变进展，结节内的动脉增多，门静脉减少。Honda等

对比肝癌病灶与周围肝实质的血管分布，发现随肝癌进展，病灶内的

动脉比例增加，但正常动脉及门静脉的比例减少。Mi1es等认为，肿

瘤产生新生血管而使MVD增高，虽然在影像上不能直接看到微血管，

但可从组织的灌注图像和灌注参数方面发现异常改变。恶性肝肿瘤组

的HPI为0.65,明显高于正常组的0.32(P<0.005),肝动脉灌注量为

0.5ml/(min-ml),也高于正常组的0.17ml/(min•m1)(P<0.02),但

门静脉灌注量多无改变。原发性肝癌的HPI一般较肝转移性肿瘤的HPI

为高，但转移瘤的灌注参数变化较大，对它们的鉴别诊断价值还有待

探讨。隐匿性或早期、微小肝转移瘤因转移灶太小而不易被常规CT、

MRI或手术观察发现。此时尽管肝脏形态基本正常，但CT灌注可显示血

流动力学出现的异常改变，如肝动脉灌注增加、HPI升高，提示微小

肝转移瘤的可能。因此当怀疑有肝转移，而无其他影像学的阳性发现

时，可行CT灌注成像。Miles等在进行肝灌注时还发现，不仅转移灶

灌注异常，而且转移灶以外“貌似正常”的肝组织灌注也出现异常，

这种现象提示可能有散在的微小肝转移灶的存在。

肝硬变和肝肿瘤的HPI都增高，但肝硬变多伴有脾脏灌注的增力口，

而恶性肿瘤多不伴脾脏灌注增加，有助于两者的鉴别。

(4)肝细胞肝癌介入治疗后的灌注表现经动脉介入治疗注

入的碘油及化疗药物在治疗肿瘤的同时，化疗药物及动脉闭塞会引起

正常肝实质的损害。HAP在TAE后2~6天内明显上升，而在TAE后1个月

再次下降。PVP在TAE后2~6天内明显下降，但TAE后1个月无明显变化，

认为HAP的短暂升高与损伤所致的动脉和微血管扩张等急性炎症有

关，而炎症引起的血管通透性增高，间质水肿则导致门静脉压力增高，

PVP降低。

2.胰腺CT灌注成像的应用研究胰腺主要由胰十二指肠动脉

和脾动脉供血，血供比较丰富，其灌注信息非常有助于了解胰腺内、

外分泌功能及胰腺的病理变化。然而由于胰腺特殊的解剖位置(周围

毗邻结构复杂)，致使胰腺灌注成像一直是个难题。CT灌注成像技术

可以将胰组织与周围血管结构区分开来，且有将功能信息与良好的空

间分辨力相结合的优点，具有重要的应用价值。Mi1es等对胰腺进行

的CT灌注成像表明，正常胰腺灌注量为1.25ml/(min-ml),标准差

(standarddeviation,SD)为0.16,胰腺各部位的灌注无明显差别。

Wilson's病表现为肝、胰高灌注，胰的灌注量为3.43m1/(min•m1)。

已有动物实验表明，低铜饮食组的鼠，其胰腺呈低灌注，提供了

Wilson's病与铜的沉积有关的另一个间接证据。多血管性胰腺肿瘤

表现为高灌注，如胰岛细胞肿瘤，其总灌注量为2.11ml/(min•ml),

周边高灌注，中心坏死区低灌注。Von-Hippel-Lindau病(遗传性斑痣

性错构瘤)可出现胰腺血管瘤，也表现为高灌注。而胰腺腺癌多为少

血管性肿瘤，表现为低灌注。肝硬变时，胰腺低灌注与门脉高压有关。

糖尿病和移植胰腺显示的明显低灌注［0.6m1/(min-ml)］与胰腺萎

缩、胰岛耗竭有关。对鼠胰腺灌注研究还发现随年龄的增大，胰腺灌

注减少，人类是否有此趋势尚不能肯定。此外，胰腺的CT灌注成像还

可用于急性胰腺炎时胰腺坏死与一过性缺血的鉴别、慢性肿块型胰腺

炎与胰腺癌的鉴别等方面。胰腺的MRI灌注成像目前受技术限制，应

用尚少。

3.肾脏病变肾脏体积较大，血管丰富，血流量大，血供不

像肝脏那样复杂，而且为实质性对称性脏器，受呼吸影响较小，很适

合CT灌注成像。将CT肾脏灌注成像应用于肾脏血流减少性肾病的肾皮

质血流测定，并与正常肾脏血流测定相比较，有利于对普通CT肾脏增

强扫描的指导。灌注参数本质上反映肿瘤的血流特点与肿瘤内部的微

血管密度情况，有利于肾肿瘤的定性。但不同组织类型的肾肿瘤以及

同种组织类型而分化程度不同的肾肿瘤其病理生理及血流动力学也

不尽相同，其BF、BV、MTT、PS等值可能有一定交叉。灌注参数对于

肾肿瘤的诊断还有待于通过大量的实验和病例进一步研究。CT灌注反

映的肿瘤微血管的功能情况适合于肿瘤的随访检查尤其是监测肿瘤

放疗和化疗的疗效。另外对慢性肾小球肾炎、(肾)动脉硬化、糖尿

病肾病变的血流灌注研究也会有很大空间。MRI肾脏灌注技术研究较

少，多采用对比剂首过成像，序列为EPI快速成像序列，国内作者研

究发现正常肾与病肾在在灌注曲线的波始下降时间、到达波谷时间两

方面有显著差异。说明病肾血流灌注慢、血流灌注少而反映肾功能损

害。对比剂在肾脏的强化表现与对比剂种类、浓度和成像序列有关。

轧螯合物由于其分子量小而且极少与蛋白质结合，血管内给药后完全

由肾小球排泄，从而可用于测定肾肾功能。

(3)乳腺病变

乳腺癌类型很多，不同种类乳腺癌有不同的程度微血管数量和构

成。但总的来说，乳腺癌的毛细血管数量增多、毛细血管管径增宽，

从而使微血管内容量增加，血流加快，灌注的微血管与非灌注的微血

管比例增加；而良性纤维腺瘤的微血管密度与正常的乳腺实质相似或

轻度增多，但纤维腺瘤微血管管径与正常乳腺微血管管径一样，灌注

的微血管与非灌注的微血管比例无明显增加。

1.乳腺良恶性肿瘤诊断及鉴别诊断中的应用在L*首过灌注

MRI的信号强度-时间曲线上乳腺癌的信号强度-时间曲线表现为I型

曲线，平均最大信号强度下降率为（31±15）%。而良性乳腺肿瘤的信

号强度-时间曲线表现为H型曲线，平均最大信号强度下降率为（9

±7）%。乳腺癌与纤维腺瘤在「*首过灌注MRI的信号强度-时间曲线

上表现有极大差别，因此通过T?*首过灌注MRI有助于乳腺良恶性肿瘤

的诊断及鉴别诊断，对乳腺癌和纤维腺瘤鉴别的价值很高，鉴别的特

异度可高达93%。

2.肿瘤的分级最大信号强度下降率与肿瘤病理分级之间存在

着明显的相关性，最大信号下降率反映的是局部血容量。肿瘤的分级

越高，局部血容量越大，最大信号下降率也越大，因此L*首过灌注

MRI可以用于肿瘤病理分级。

三、灌注成像的新进展

（一）灌注成像评价肿瘤乏氧的研究肿瘤微环境中很重要的

一点就是肿瘤的灌注，通过灌注，氧及葡萄糖才能运输到肿瘤组织，

所以通过对肿瘤灌注状态的评价也可间接地对其乏氧程度进行判断，

肿瘤中不充分的灌注及混乱血管网会导致肿瘤慢性的弥散障碍性乏

氧。而肿瘤乏氧还可以是急性的周期性现象，因为有些血管会定期地

开放和关闭，在这个过程中，往往也会产生所谓的急性灌注异常肿瘤

乏氧。肿瘤组织的供氧水平与微血管密度直接相关，对鼻咽癌和宫颈

癌的组织切片分析表明，肿瘤组织的微血管密度与放射治疗后生存时

间呈正相关。

（二）灌注成像评价抗肿瘤血管生成药物疗效的研究目前用

的顺磁性对比剂Gd-DTPA是血管外对比剂，到达毛细血管后即通过毛

细血管壁渗透到周围组织间隙。在对比剂首次通过毛细血管池后，大

约有50%对比剂快速进入血管外间隙，因此难以定量计算肿瘤的局部

血容量和对比剂平均通过时间。随着血管内对比剂的开发，定量计算

肿瘤局部血容量和对比剂平均通过时间有望得到解决。这样T#-首过

灌注MRI不仅可用于良恶性肿瘤的鉴别，还可用来评价临床抗肿瘤血

管药物的疗效。

磁共振弥散成像的基本原理及临床应用

复旦大学附属肿瘤医院影像中心顾雅佳

一、磁共振弥散成像的基本概念

1.弥散(diffusion):

是描述小分子在组织中微观运动的物理概念，是分子等微观颗粒

由高浓度向低浓度弥散的微观移动，即布朗运动，单位为mm'/s。

2.受限弥散：

弥散在生物体内的表现。弥散运动将使溶液系统中的浓度梯度逐

渐消失。但是，在生物体中细胞内外或小器官内外却能保持不同的化

学环境，这是由细胞膜的屏障作用决定的，也就是说，膜有阻碍分子

自由通过的功能，从而使有些分子的跨膜弥散受到限制。受限弥散构

成了弥散成像的基础。

3.弥散加权成像(diffusion-weightedMRimaging,DWI)：

人体中70%是水，通常所说的弥散主要指水分子或含水组织的弥

散。MR通过氢质子的磁化来标记分子而不干扰它的弥散过程。在任

一常规MR成像序列中加入弥散梯度突出弥散效应即可行弥散加权成

像，可以对组织中水分子的弥散行为直接进行检测。人体内水分子弥

散运动速率与状态呈微米数量级的运动变化，与人体组织细胞的大小

处于同一数量级。因此，弥散加权成像使MRI对人体的研究深入到细

胞水平的微观世界，反映着人体组织的微观世界几何结构以及细胞内

外水分子的转运等变化。

4.弥散张量成像(difussiontensorimaging,DTI)：

在均质的水中，水分子的弥散运动是一个三维的随机运动，在不

同的方向上弥散程度相同，称为各向同性(isotropic)。而在人体组

织中，水分子在三维空间的弥散要受多种局部因素如细胞膜及大分子

物质的影响。尤其在有髓鞘的神经纤维中，水分子沿轴突方向的弥散

速度远大于垂直方向的弥散，此种有很强方向依赖性的弥散，即弥散

的各向异性(anisotropic),即水分子的活动在各个方向上其弥散规

律不是随机均等的，而是有弥散方向的不均匀性。这个现象在脑白质