基于体素分析的三维动脉自旋标记成像在阿尔茨海默病脑血流灌注中的应用
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DOI:10.16096/J.cnki.nmgyxzz.2020.52.07.0403D-ASL+MRA检查对缺血性脑血管疾病血管异常检出率的影响*马国林,马 锐(深圳市宝安区石岩人民医院,广东深圳 518108)[摘要]目的 探究三维动脉自旋标记(3D-ASL)联合磁共振血管成像(MRA)检查对缺血性脑血管疾病患者血管异常检出率的影响。
方法 选取2019年3~12月在我院进行检查的缺血性脑血管疾病患者90例,所有患者均接受3D-ASL与MRA检查。
比较两种检查方法下血管异常检出率;以病理检查为“金标准”,分析两种检查方法在诊断缺血性脑血管疾病中诊断价值。
结果 3D-ASL联合MRA检查血管异常检出率高于单独MRA、3D-ASL检查,差异有统计学意义(P<0.05);3D-ASL联合MRA检查在诊断血管异常中灵敏度、特异度、准确度均高于单独MRA、3D-ASL检查,差异有统计学意义(P<0.05)。
结论 3D-ASL联合MRA检查可提高缺血性脑血管疾病患者血管异常检出率,在血管异常疾病中具有较高的诊断价值,能够为临床疾病的诊断提供参考依据。
[关键词]缺血性脑血管疾病;磁共振血管成像;血管异常 [中图分类号]R743 [文献标识码]B [论文编号]1004-0951(2020)07-0843-02 缺血性脑血管疾病是脑血管疾病中常见类型,具有较高的发病率、致残率及死亡率。
缺血性脑病病因较为复杂,多认为脑供血血管狭窄、闭塞等是引发该病症的常见原因,患者常出现脑供血不足,导致脑组织出现不同程度的低灌注状态,从而造成脑组织缺血、缺氧[1,2]。
对于缺血性脑血管疾病,临床多采用影像学检查方式,通过影像学检查明确颅内血管异常情况,为病情诊断提供参考依据。
磁共振血管成像(MR angiography,MRA)可观察血管动脉灌注情况,具有无创性、操作简单等优势,在检查过程中无需注射对比剂;而三维动脉自旋标记(Three-dimensional arterial spin labeling,3D-ASL)可用于评估脑血流的灌注情况,是近年来应用于临床的容积灌注扫描技术[3,4]。
3D-ASL脑灌注成像在脑肿瘤诊断与分级中的应用价值王靖雅; 师毅冰【期刊名称】《《中国CT和MRI杂志》》【年(卷),期】2017(015)012【总页数】4页(P4-7)【关键词】三维动脉自旋标记; 动态磁敏感对比增强灌注成像; 脑肿瘤【作者】王靖雅; 师毅冰【作者单位】徐州中心医院CT/MRI室江苏徐州221009【正文语种】中文【中图分类】R739.41; R445.2脑肿瘤病理类型多种多样,各种级别的脑肿瘤治疗方案以及疾病预后各不相同,恶性脑肿瘤预后较差,治疗困难且易复发,而良性脑肿瘤以后良好,治疗容易,复发率低;故对脑肿瘤良恶性的鉴别及肿瘤分级显得具有重要意义。
肿瘤新生血管形成在肿瘤侵犯和转移中起最关键作用,若没有血管生成,肿瘤瘤体直径仅能达到1~2mm。
因此,对瘤体血管生成进行定量评估具有重要意义。
常规MRI增强扫描只能显示血脑屏障的破坏程度。
随着功能磁共振技术的发展,磁共振灌注技术已成为反映组织微血管分布以及血流灌注的常规技术。
磁共振灌注成像技术包括两种。
DSC-MRI已经广泛应用于脑肿瘤的诊断及治疗后评价。
3D-ASL是近年发展起来的全新容积灌注成像技术,与传统的PET、DSC-MRI技术相比一些优势,已经有研究表明多次磁共振增强检查后可使钆造影剂沉积于脑内[1],3D-ASL不需要注射对比剂,可反复进行检查,因此其逐渐成为脑肿瘤的诊断、鉴别诊断、治疗以及预后评估的新的方向。
目前3D-ASL在脑肿瘤的研究主要集中在胶质瘤的术前分级[2-4],其它肿瘤研究相对较少[5]。
本研究的目的是探讨3D动脉自旋标记成像(ASL)全脑灌注成像技术在脑肿瘤的诊断与分级中的临床应用价值。
1.1 一般资料收集我院2015年5月至2016年3月总共46例经病理学证实的脑肿瘤患者进行回顾性研究。
其中6名患者因伪影较重被排除,最后40名脑肿瘤患者(其中男性22名,女性18名,年龄范围15~78岁)进入本次研究;40例脑肿瘤包括:10例脑膜瘤,6例低级别胶质瘤(WHOⅠ和Ⅱ级),8例为高级别胶质瘤(WHOⅢ和Ⅳ级),10例为转移瘤,6例髓系肉瘤(Myeloid Sarcoma,MS)。
动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识2016年11月中华放射学杂志,第50卷第11期第817页-第824页动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)是利用血液中水分子作为内源性、可自由扩散示踪剂进行颅脑灌注成像的MRI技术。
ASL技术提出至今已有20余年[1],经历了多个发展阶段。
随着ASL技术的不断进步,尤其是近年来准连续式ASL(pseudo-continuous ASL, pCASL)序列的应用,其图像质量、成像范围、成像速度有了极大的提高,逐渐受到影像学和神经科学工作者的关注,并越来越多地应用于科研和临床工作。
为规范ASL技术的应用,2012年10月,国际医学磁共振协会(international society for magnetic resonance in medicine, ISMRM)、欧洲ASL和痴呆研究小组(European consortium ASL in dementia,AID)起草了ASL技术及应用的白皮书,书中就扫描参数、图像后处理及临床应用范围提出了建设性意见,这一举措引领ASL技术的应用开始走向规范化道路[2]。
鉴于ASL技术的扫描策略和操作要点在我国尚缺乏统一标准,应用不够规范,给本技术在临床及科研工作的推广带来了困难。
因此,建立相对统一的扫描参数,采用最优的扫描策略,将有利于本技术的开展和推广。
基于此,中华医学会放射学分会质量管理与安全管理学组和磁共振学组部分相关专家编写了《动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识》,就ASL技术的成像原理、分类、推荐最优扫描策略、扫描注意事项、ASL图像判读注意事项、图像后处理及临床应用等做出了介绍和推荐,以期规范我国ASL技术操作流程和临床应用范畴,提高相关工作人员对本技术的认识。
一、ASL基本成像原理解读ASL的成像基本原理是采集两次数据,生成一对标记像及对照像。
标记像与对照像中的静态组织信号无差别,差别在于流入的血流有无被反转。
动脉自旋标记灌注MR成像(ASL-MRI)摘要:灌注成像(Perfusion Imaging)可以用来评价组织的生理活动,基于磁共振(Magnetic Resonance, MR)的灌注成像质量好、安全性高。
利用MR可以使用外源性示踪剂进行MR灌注成像,也可以应用内源性示踪剂进行动脉自旋标记(Arterial Spin Labeling,ASL)灌注成像。
本文主要介绍利用ASL技术进行灌注成像的发展历史、基本原理、最新前沿及应用(发展的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术、新应用等)以及仍然存在的问题。
关键词:灌注成像;动脉自旋标记;磁共振成像背景灌注(Perfusion)是指血液通过毛细血管网与组织进行氧、养分及代谢物交换,维持组织器官的活性和功能的过程。
灌注过程中,携带含氧血红蛋白的动脉血给细胞供氧并带走代谢产生的CO2,形成带有脱氧血红蛋白的静脉血。
灌注成像可以很好地评价组织生理活动。
在ASL成像中,灌注一般指的是血流量(Blood flow)。
血流的定量测量基于物质守恒的费克定律(Fick principle),通过测量组织中示踪剂的浓度,假设已知部分系数(partition coefficient)λ 和动脉中示踪剂的浓度,可以计算得到血流量 f(mL/(100g组织·min))。
正电子发射断层成像(PET)和单光子发射断层成像(SPECT)都可以定位放射性核素的发源地,从而对血流量进行测量。
其中,PET背景噪声较低,是目前最准确的灌注测量技术。
这两种技术采用连续注入半衰期较短示踪剂,示踪剂随血流在组织内分布和聚集,根据示踪剂局部积累和衰减情况及进行定量评价;而ASL MRI 则利用标记过的水作为示踪剂,通过标记水和组织进行交换来定量灌注,T1 弛豫提供一个可测量的衰减率。
ASL MRI 技术因其不需要外源性示踪剂,无辐射而在灌注方面得到广泛的应用。
发展历史1992年,Detre等人用连续的RF脉冲链来标记颈部动脉(CASL),成功地得到了大鼠脑部灌注图像。
医学影像学杂志2021年第31卷第5期J Med Imaging Vot.31No.52021方法探讨了AD患者脑血流灌注及全脑功能连接的异常改变。
研究发现,AD患者存在广泛的默认网络血流灌注减低、双侧MTG核心脑区功能减退以及左侧MTG脑区的大脑神经血管失偶联,这些改变可能是AD病理生理学的重要潜在机制,为AD相关研究提供了新视角。
参考文献:-1.Bassett DS,Bullmore ET.Small-Borld brain networks revisited -J..Neuroscientist,2017,23(5):499-516.-2.马天,齐志刚,赵志莲,等.3D-ASL技术在阿尔茨海默病中的研究进展-J..医学影像学杂志,2018,28(9):1561-1563.[3]Thomas B,Sheelakumao R,KannaW S,et at.Reaionat cerebratblood fow in the poswoor cingulate and precuneus and the ento-rhinat coyical atrophy score d—ferentiate mild coaniOve impaie-ment and dementia due to Alzheimer disease-J].AJNR,2019,40(10):1658-1664.-4]Liang X,Zou Q,He Y,et at.Coupling of functionat connectivity and reaionat cerebrat blood fow reveats a physioloaicat basisfor nehvork hubs of the human brain-J].Proc Nat)Acad Sci U5A,2013,110(5):1929-1934.-5]Mckhann GM,Knopman DS,CheeikowH,eiao.Thedoagnosos of dementia due to Alzheimer O disease:recommendations fromihenaioonaoonsioiuieon agong-Aozheomeeasa s ocoaioon woekgeoupson doagnosiocguodeoonesfoeAozheomeeasdosease-J].Aozheomeeas6Dementia,2011,7(3):263-269.-6]TaoH,HoeanoS,SakueaoT,eiao.Theneueopsychooogocaocoe-eeoaiesofbeaon peefusoon and geayma i eeiooumeon Aozheomeeasdosease-J] .JouenaoofAozheomeesDosease,2020,78( 4):1639-1652.-7]O i oyJ,VeehaegheJ,NoemanisieedeoeiE,eiao.18F-FDGPET, iheeaeoyphasesand ihedeooieeyeaieof18F-AV45PETaspeozoesofceeebeaoboood foow on Aozheomeeasdosease:iaoodaioon agaonsi(15)O-H(2)O PET-J].Alzheimere&Dementia,2019,15(9):1172-1182.-8]王子含,闫少珍,卢洁.阿尔茨海默病的脑血流灌注成像研 究进展-J].医学影像学杂志,2020,30(10):1929-1931.-9]盛灿,夏明睿,陈晓丹,等.遗忘型轻度认知障碍患者的静息态功能连接强度特征研究-J]•中华放射学杂志,2016,50(3):191-195.-10]Rae i ogT,KoizSA.Audoioeypeoce X ongofdo f eeeniiypeXof pXeudo-woedX:an eieni-eeoaied fMRIXiudy- J].Neueoomage,2008,39(3):1420-1428.-11]Reed BR,EbeeoongJL,MungaXD,eiao.E f eciofwhoiema i ee oeXoonXand oacuneXon coeiocaofuncioon-J].AechoieXofNeueoo-ogy,2004,61(10):1545-1550.-12],,王,等.阿尔茨海默病遗忘轻度功能障碍扩散张量成像随访研究-J]•临床放射学杂志,2020,39(4):650-653.-13.曾祥柱,袁慧书,刘颖,等•基于体素的轻度阿尔茨海默病脑血流灌注及脑灰质结构特征-J]•中国医学影像学杂志,2017,25(2):81-85.-14]宁健豪,蒋皆恢,刘春花,等.基于"F-APN-1607PET影像的阿尔茨海默病tau蛋白沉积相关疾病模式探究-J].中华核医学与分子影像杂志,2020,40(4):213-218.-15]Zhu J,ZhuoC,Xu L,eiao.Aoieeed coupoongbeiween eeXiong-Xiaieceeebeaoboood foow and funcioonaoconnecioioiyon Xchozo-phrenia-J].Schizophrenia Bullehn,2017,43(6):1363-1374.(收稿日期:2020-12-10)带状脑灰质异位症1例Band heterotopia:ona case repoO张哲,陈娇湖北省鄂东医疗集团黄石市中心医院(湖北理工学院附属医院)放射科湖北黄石435000通信作者:陈娇【关键词】脑;带状灰质异位;磁共振成像;体层摄影术,X线计算机中图分类号:R742;R445文献标识码:B文章编号:1006-9011(2021)05-0725-02患儿女,2岁。
3D-ASL技术的原理和临床应用1. 引言3D-ASL(3D arterial spin labeling)是一种非侵入性的磁共振成像(MRI)技术,用于评估脑血流情况。
本文将介绍3D-ASL技术的基本原理,并探讨其在临床中的应用。
2. 3D-ASL技术的原理3D-ASL技术通过利用自旋标记方法,在血流供应区域的动脉中标记自旋,然后通过成像观察标记漂移进入脑组织的血流情况。
其原理可以概括为以下几个步骤:•自旋标记:在动脉中注入自旋标记物,如血液中的水分子,通过磁场的作用导致水分子的自旋方向发生变化。
•标记延迟时间:等待一定的延迟时间,以使标记物输送到感兴趣区域。
•图像采集:进行磁共振成像,观察标记物漂移进入脑组织的血流情况。
•重建和分析:对采集到的图像进行重建和定量分析,获得脑血流相关的参数。
3. 3D-ASL技术的临床应用3.1 脑血液灌注的评估3D-ASL技术可以准确测量脑组织的血流灌注情况,对脑血液供应不足、脑缺血等疾病的评估具有重要的临床意义。
通过比较不同区域的血流灌注量,可以提供脑区功能活动的定量化指标,并帮助医生判断脑血流灌注是否正常。
3.2 疾病的诊断和监测3D-ASL技术在各种脑血管病变和神经退行性疾病的诊断和监测中起着重要的作用。
例如,对于脑卒中患者,可以通过观察梗死灶周围的局部脑血流灌注变化,评估梗死的范围和严重程度。
在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中,3D-ASL技术可以帮助发现脑血流异常,并追踪其进展过程。
3.3 药物治疗效果评估3D-ASL技术还可以用于评估药物治疗效果。
通过在治疗前后进行血流灌注的比较,可以非常敏感地检测到治疗对脑血流动力学的改变。
这对于药物治疗效果的评估和适时调整具有重要的意义,为临床医生提供了指导。
3.4 研究领域应用除了临床应用外,3D-ASL技术还在神经科学研究领域得到广泛应用。
研究人员可以利用该技术探索脑功能与血流之间的关系,解析神经系统的可塑性和功能连接。
动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)是一项无创性评估脑血流灌注的新技术,与传统的PET 和SPECT相比,该方法无需注射示踪剂,没有电离辐射,且具有更好的空间分辨率。
本研究旨在利用ASL技术来观察阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者的脑血流变化。
资料与方法一、研究对象1.入选标准:选取2010年10月至2012年2月间在我院及上海市精神卫生中心就诊的24例临床诊断为AD的患者,另收集21名同期正常老年志愿·论著·基于体素分析的三维动脉自旋标记成像在阿尔茨海默病脑血流灌注中的应用研究凌华威1,张泳2,丁蓓1,黄娟1,张欢1,王涛3,柴维敏1,陈克敏1(1.上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科,上海200025;2.通用电气医疗集团应用科学实验室,上海201203;3.上海精神卫生中心老年科,上海200030)[摘要]目的:利用三维(3D)动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)成像技术探讨阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者的脑血流灌注特征。
方法:选择24例AD患者和21名年龄、性别匹配的健康老年人,采用ASL序列进行灌注成像。
将获取的脑血流图像(cerebral blood flow,CBF)采用基于体素分析方法经后处理配准进行全脑分析,比较2组的脑血流灌注情况,并探讨AD患者的脑血流灌注特征。
结果:与正常老年人相比,AD患者的双侧颞枕顶叶皮层、左侧边缘叶及左侧胼胝体压部的脑血流量CBF明显降低,同时双侧丘脑、右侧壳核、右尾状核头部及右侧颞叶白质区的CBF明显增高。
结论:基于体素的ASL全脑分析揭示了AD认知损害过程中相关脑区的血流灌注异常,作为一种无创的血流动力学检查新技术,ASL可能对进一步研究AD的神经病理生理机制有着重要价值。
关键词:阿尔茨海默病;灌注成像;动脉自旋标记技术中图分类号:R445.4文献标识码:A文章编号:1671-2870(2012)04-0370-05DOI:10.3969/j.issn.1671-2870.2012.04.011Voxel-based analysis of cerebral perfusion changes in Alzheimer's disease using a novel3D arterial spin-labeling technique LING Hua-Wei1,ZHANG Yong2,DING Bei1,HUANG Juan1,ZHANG Huan1,WANG Tao3,CHAI Wei-min1,CHEN Ke-min1. 1.Department of Radiology,Ruijin Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200025,China;2.Applied Science Laboratory,GE Healthcare,Shanghai201203,China; 3.Department of Geratology, Shanghai Mental Health Center,Shanghai200030,China[Abstract]Objective3D pulsed continuous arterial spin labeling(ASL)technique was used to study cerebral blood flow(CBF)changes in patients with Alzheimer's disease(AD)in comparison with age-and gender-matched healthy controls.Methods3D ASL scans was performed in45participants(24AD patients and21age-and gender-matched control subjects)covering the entire brain with a3.0-T MR system.Voxel based analysis was performed using SPM8.Two sample t test(threshold at P<0.05)was performed.Results Significant decrease of CBF was observed in bilateral tempo-ral-parietal-occipital cortex and left limbic lobe in AD patients when compared with control group.Interestingly,increased CBF was observed in bilateral thalamus,right caudate nucleus and putamen,paracentral lobule as well as white matter of right temporal lobe.Conclusions Our voxel-based results indicates that ASL-MRI could provide useful perfusion informa-tion in AD patients.Because of its easy acquisition and noninvasiveness,ASL-MRI may be an appealing alternative ap-proach for further pathologic and neuropsychological studies of AD.Key words:Alzheimer's disease;Perfusion image;Arterial spin labeling基金项目:上海市卫生局青年科研项目(2009Y027);上海交通大学医学院博士点基金赞助(BXJ201211)通讯作者:丁蓓Email:ellading@者。
入组的AD病例均符合美国国立神经病学传染病及卒中研究所与阿尔茨海默病和相关病协会的诊断标准,简易智能精神状态检查量表(MMSE)评分在8~23分,平均为(19.8±3.0)分,其中男6例,女18例,平均年龄为(74±7)岁,均为右利手。
正常老年人共21名(对照组),均为我院门诊非神经系统疾病患者,无认知功能障碍,其中男8例,女13例,年龄为(71±6)岁,均为右利手,MMSE评分为27~30分,平均为(28.9±1.1),且均无痴呆家族史。
2.排除标准:有脑卒中、精神病史、其他中枢神经系统疾病、吸毒、酒精或药物滥用、高血压、糖尿病等均被排除在AD组和正常对照组之外。
二、数据获取所有受试者均采用GE Signa HDxT3.0T超导MRI进行扫描,使用8通道相控阵头线圈。
检查时要求受试者放松闭眼并保持清醒,头部用软垫加以固定并用软耳塞塞住外耳道以减少噪音干扰。
受试者首先接受常规MRI扫描,包括三维结构像采用3D SPGR(扰相梯度回波)序列,T2W序列及DWI序列,以排除其他器质性病变。
3D结构像及灌注扫序列扫描参数分别为,3D SPGR TR8.5ms,TE3.4ms,反转角120,层厚1mm,层距0mm,视野(FOV)24cm×24cm,矩阵512×512,象素大小为0.47mm×0.47mm×1.00mm,共248层横断面图像覆盖全脑;3DASL TR1350ms,TE5ms,反转角155°,层厚4mm,层距0mm,矩阵128×128,扫描覆盖范围与3D T1W结构像一致。
三、数据分析3DASL序列扫描获得的灌注加权图像,通过GE公司MR设备自带的后处理软件生成全脑脑血流量图(cerebral blood flow,CBF)。
对CBF图像进行离线后处理,采用SPM8()软件进行基于体素分析法(VBA)分析。
每个灌注图都被配准到蒙特利尔神经科学研究所提出的加拿大蒙特利尔神经研究所(Montreal Neurologic Insti-tute,MNI)标准脑空间,用于进行组间比较。
空间标准化后的图像被重新采样为2mm各向同性的体素,并用6mm半高全宽(FWHM)的高斯内核进行空间平滑处理,以提高图像的信噪比(SNR)。
四、统计学处理采用双样本t检验对预处理完毕的灌注图像进行统计分析。
每个被试的全脑灌注均值作为统计分析的协变量以排除全脑灌注的个体差异。
为控制统计分析中的假阳性比例,采用AFNI(http;///)中的AlphaSim进行多重比较校正。
AlphaSim 校正通过Monte Carlo模拟的方法,连续性标准采用边连接,脑部蒙片大小为91mm×109mm×91mm。
在设定P=0.01作为阈值且最小团块尺寸取为125个象素时,得到α<0.05的校正结果。
所得结果以MNI 坐标系表示。
结果AD组与对照组相比,AD患者存在CBF降低及增高的区域,CBF显著降低的区域(红色)集中在双侧颞枕顶叶皮层、左侧边缘叶(主要包括左侧海马旁回、钩回和梭状回)和左侧胼胝体压部,而CBF显著增加的区域(蓝色)包括双侧丘脑、右侧壳核、右侧尾状核头部、小脑上蚓部及右侧颞叶白质区(见表1、图1)。
讨论一、ASL技术及VBA方法在脑灌注研究中的优势1.ASL原理及优势:ASL技术使用水作为内源性对比剂对动脉血进行磁标记,可对脑血流(CBF)进行定量检测,并提供定量评估的灌注参数,以每毫升、每分钟100g为计量单位[1-3]。
早期研发的ASL 多采用EPI序列扫描,易受磁敏感性影响而导致局部信号丢失,图像失真,运动伪影较大,也易受低估缓流及血管污染等方面的影响[4-5]。
本研究采用的是新型三维(3D)多激发脉冲式连续动脉自旋标记技术,此技术主要从脉冲连续标记、背景抑制和3D 脑区MNI坐标(mm)t值体素大小(个)X轴Y轴Z轴灌注减低区左侧枕叶-24-84-16 4.771832左侧颞叶-386-28 3.95504左侧顶叶-24-7056 3.34391左侧边缘叶-30-14-26 4.09129左侧胼胝体压部-8-2624 3.4088右侧颞叶44-56-16 3.79677右侧枕叶30-7828 5.301480右侧顶叶22-6664 4.03255灌注增高区左侧丘脑-20-206-3.32355右侧丘脑16-166-2.8976右侧壳核240-4-3.0242右侧尾状核头部18180-2.8657右侧颞叶白质40-346-4.20392旁中央小叶10-3068-3.95101小脑上蚓部-4-38-6-3.74116表1对照组与AD组比较各脑区脑血流灌注差异P<0.05,体素数>125图124例AD患者与21名正常老年人CBF图的VBA分析快速自旋回波(FSE)采集等3个方面着手进行优化。