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DCE-MRI | 灌注和渗透性成像的“全能战士”

发布时间:2015-10-22作者:医学界影像诊断与介入频道

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      定量MRI技术不仅能提供组织器官的基本结构信息,也能提供病变发生发展过程中丰富的生物学和病理生理学信息,是目前国际MRI应用研究的前沿。动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced, DCE-MRI)是近年发展起来的一项非常有价值的定量MRI技术,在心肌梗死、脑卒中、自身免疫性疾病以及各系统肿瘤临床研究和应用中发挥了重大作用。


  DCE-MRI旨在通过注射对比剂引起的信号改变以评估组织灌注及微血管通透性。灌注成像需要较高的时间分辨率以快速监测团注对比剂首次通过的过程,而微血管通透性成像同样使用较高的时间分辨率和较长的采集时间以描绘对比剂流入流出过程中间质的缓慢摄取。使用高时间分辨率和足够长的采集时间则可以同时显示灌注及通透性。这种概念逐渐分化产生两个领域:运用T1加权的DCE-MRI和运用T2或T2*加权的动态磁敏感对比 (dynamic susceptibility contrast, DSC)-MRI。两者理论上都可以测量组织的灌注特性和渗透性,而一般认为灌注成像(perfusion imaging)首选DSC-MRI,渗透性成像(permeability imaging)首选DCE-MRI。


  目前,DCE-MRI已取代DSC-MRI成为了脑外灌注成像的标准方法,而其在脑内灌注成像中的运用尚处在研究论证阶段。本文将对DCE-MRI在脑内的灌注成像和灌注-渗透性联合成像的研究进展进行简要介绍。


常用脑灌注成像方式的比较


  脑灌注成像可以为脑缺血性疾病、脑血管狭窄疾病、脑胶质瘤、癫痫或其他多种颅内疾病提供重要的血流动力学和脑形态学变化等方面的信息。除了DCE-MRI外,目前临床上用于脑灌注显像的影像学方法主要有正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、疝气增强CT(Xe-CT)成像、CT灌注(CT perfusion)成像、动脉自旋标记(ASL)MR成像、多普勒超声(USG)等。


  PET和SPECT是能较好的获得脑血流(cerebral blood flow, CBF)信息的检测手段,临床运用较早、较深入,但两者均受限于放射性辐射安全和检查成本压力而难以进行纵向研究。


  Xe-CT是以稳定的氙气作为扩散性示踪剂,能对CBF值进行绝对定量分析的影像学方法,但其只能测量CBF值,不能评价脑组织功能状态及细胞活力,也不能预测缺血组织的可复性。


  CTP和DSC灌注成像均可以同时获得CBF、CBV、MTT、TTP、PS等参数,但只能计算CBF的近似值。与DSC灌注成像比较,CTP的主要临床优势在于简单易行,成像时间短;与SPECT、PET比较,CTP成像图像空间、时间分辨力高,费用较低,适于急诊检查。CTP临床应用的限制主要是射线辐射和对比剂不良反应问题。另外,CTP只是单层面成像,提供的信息有限,而且新型对比剂的研制滞后,在与分子生物学结合方面也有所欠缺。


  DSC-MRI是目前临床较常用的灌注成像方式,其原理是基于当造影剂在血管内首次通过脑组织时引起周围磁场的不均衡,造成信号强度的下降。但是DSC-MRI所使用的CBV和CBF等参数也仍存在一些潜在的缺陷,如难以做到绝对定量,易受大血管和骨质的磁敏感伪影影响,且没有考虑到对比剂在感兴趣区的渗透问题,这些因素在实际的应用中可能会产生误差。


  ASL是无需对比剂的无创检测方式,可提供较高质量的CBF图。其不足之处是成像时间长,信噪比低,且易受磁敏感伪影影响,因而未能广泛运用于临床。


  USG技术具有实时、快速、无需使用对比剂、可用于床旁以及可重复操作动态观察CBF值等优点,其不足之处是空间分辨力低及操作者依赖性。


DCE-MRI在脑部灌注成像中的运用


  近年来有研究利用3.0 T的MR采集10位正常成人的DCE-MRI脑灌注成像数据,使用驱动平衡单脉冲T1观察法(DESPOT1)将磁共振信号转变为对比剂浓度,利用优化的伽玛变量模型获得脑灌注图像,并与ASL成像方式所获图像数据进行对比,以评估T1加权的DCE-MRI在脑灌注成像运用的可行性。


  研究发现,DCE-MRI的CBF图像在灰质和白质间具有优良的组织对比度,且不受磁敏感伪影影响,仅在白质区域的背景噪声中发现少量轻微伪影;ASL图像同样显示出极好的组织对比度,但ASL呈现出较差的空间分辨率,且出现部分区域的信号丢失,这可能是由于通过延迟效应或磁敏感伪影造成。进一步数据分析显示,DCE-MRI的灰质/白质CBF比为53.41 ± 9.23/25.78 ± 8.91 mL/100 g/min,而ASL的灰质/白质CBF比为49.05 ± 10.81/23.00 ± 5.89 mL/100 g/min,统计学分析显示两者在多项参数间的差异均较小,从而证明了利用T1加权的DCE-MRI来进行脑灌注成像评估的可行性。


DCE-MRI在脑部灌注-渗透性联合成像中的运用


  由血管外对比剂引起的磁共振信号改变可由诸多因素决定,包括组织灌注和毛细血管通透性等。早期的脑部灌注成像和渗透性成像研究都是将DCE-MRI和DSC-MRI联合运用以达到互补的作用,但目前已有研究表明早期利用高时间分辨率方式采集对比剂的首次通过,之后在足够长的采集时间内采集对比剂在组织间隙的缓慢摄取,即可利用DCE-MRI同时完成灌注和渗透性成像。


  有研究报道,利用一种以双时间分辨率为基础、高空间分辨率的药物动力学参数映射法来进行双剂量DCE-MRI,可完成对脑肿瘤的灌注成像和渗透性成像。该方法先进行一次高时间分辨率的对比剂预注射,再进行一次高空间分辨率的大剂量注射,以获得脑部肿瘤的高空间分辨率参数映射。这项新方法减少了来自于动脉输入函数(Arterial Input Function, AIF)的时间校准、组织响应函数和采样网格等方面的不确定性而造成的差错,且这项技术能获得较高的全脑的空间分辨率3D药物动力学图像,较传统的单一时间分辨率采集方法具有更好的参数准确性。该方法获得的高空间分辨率图像和全脑图像对于小区域的检查诊断和全脑范围的排查意义尤甚(如多发且分散的神经纤维瘤和多发转移瘤等疾病的检查),对DCE-MRI在该领域的运用起到了极好的推进作用。


  此外,利用DCE-MRI来同时测量CBF、脑血容量(CBV)和渗透流(EF)等灌注和渗透性参数的显像方法也正在开发。该方法首先建立了一个二室模型以同时提供给组织完整的和破坏的血脑屏障,之后以该方法对15位患者进行在正常灰质和白质及在肿瘤中的测量。研究结果显示,CBF(mL/100 mL/min)在灰质为 82 ± 21,在白质为23 ± 14;CBV(mL/100 mL)在灰质为2.6 ± 0.8,在白质为1.3 ± 0.4;EF(mL/100 mL/min) 在灰质和白质中均接近于0。这一显像方法对全脑组织中对比剂动力学的分析结果均一性较好,并可对参考组织的灌注和渗透性提供准确的评价。但该研究作者同样指出,还需进一步改进以提高其信噪比和灌注成像参数的精确性。无论如何,这一研究向我们展示了DCE-MRI可替代DSC-MRI用于脑灌注成像的强大潜力。



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