核磁灌注成像(脑部)(完整)

T2
T2 Flair
2D PCA
DWI
CT
Catheter Angiography T2
T2 Flair
基底神经节rCBV灌注减少
MCA提供血液的其它区域， TTP呈现流速变慢，但rCBV没 有显著减少。导管血管造影术证实了MCA主干动脉的栓塞。
TTP
36岁，急性脑干损害(白色箭)，症状开始6小时后DWI 显示梗塞为高信号，灌注降低；一星期后T2像示梗塞。
a 健康志愿者大脑的IR TSE像 b (rCBF)用标定动脉质子法，(TI=900ms IR SE-EPI采用非 选择性IR脉冲) c 同上选用层面选择性IR脉冲，大血管被抑制，提供较精确 CBF图。
扩散成像法(Diffusion)
测量移动质子的变化情况。 质子扩散要受到细胞膜、与大分子结合等限制。 对运动受限质子与自由质子的扩散比较，可得组织 的物理与生理特性。如： 水分子扩散速度为60m/s与细胞尺寸相当，通过 对水扩散研究间接了解细胞的完整性与病理性质。
一有心脏病史的3岁男孩，脑
部出现多重栓塞。上行为扩散
法，下行为灌注法(DSC MRI)
1.双侧基底神经节慢性损害， T2像高信号(自由扩散)，ADC 像的低信号是FLAIR抑制所致 ，体现分子高流动性；
2 .在双侧后部两个最近形成的梗塞区(T2像高信号，扩散未增 加)，可能是梗塞出现时间不同，右半球出现扩散像出现假性 正常时，左边半球中扩散受限制。 3. CBV、CBF和MTT示双侧枕部周边区在程度中比T2与扩散 像大，说明灌注减少，但仍能维持。
TTP体现了rCBV与ADC的互补关系，MTT与TTP 提供的信息相似，所测量的中风区域也比rCBV大。
FLAIR
DW
CBV
TTP
5小时
7天
T2 2.5小时
FLAIR
ADC
CBV
TTP
Gd-DTPA
PCA
一患有镰状红细胞的12 岁的男孩左侧出现轻偏瘫 (A) 在24小时以内，左侧出 血性梗塞，右半脑呈正常； (B) 4天后右半脑水肿区域。
若细胞膜对于水分子可通透的，测得扩散系数也 与Voxel内质子的多种效应有关(血管内、细胞内、 细胞外质子运动)。称为ADC(Apparent Diffusion Coefficient)表观扩散系数。
各向异性扩散
由于扩散梯度具有方向，所测的ADC也具有方向 性，如一些白质区域(胼胝体)具有各向异性的水分 子扩散。为了避免由于病变而导致的水分子的各向 异性扩散，在进行扩散成像时就在不同方向上施加 扩散敏感性梯度场(三个正交方向)，最后将所有方 向的ADC相加，产生ADCt。
各向异性扩散
b=50
不同方向施加扩散梯度场
相位(Y) 频率(X) 层面(Z)
平均
ADC
b=1250
二不同方向进行扩散成像，计算ADC
扩散是三维的，一般对空间的三个正交方向进行测 定，再得到平均ADC。
扩散系数ADC
不同组织扩散系数(ADC)： 脑脊液：ADC=3200 mm2/s 灰质： ADC=800 mm2/s 白质： ADC=600 mm2/s
MTT(Mean Transit Time)：反映了CBV与CBF的关系
在相同的CBF下的二个Voxel的CBV情况，CBV正比曲 线下的面积(与CBF无关)。MR测量与CBV/CBF正比
实际情况下标定物通过Voxel的情况
CBF测量原理
T0：Time of arrival 造影剂到达时间 TTP：Time to Peak 造影剂到达峰值时间 通过 测量T0与TTP，可了解脑的灌注分布情 况，体素的T0与TTP时间的差异体现了动脉血管 的血流延迟的长短与CBF有关，但还与血管结构 有关。
Diffusion
常 规 MR序列，IVIM导致信号损失较小， 因 测 不 出扩散。
若 成 扩 散 像 ，要选择梯度场持续时间、间隔和幅 度，约在100ms左右产生与IVIM有关的回波信号。
DWI扩散梯度场关系
b: s/mm2
T2
150
300
600
1200
扩散系数的计算
计算基于两次MR扫描： 一次正常扫描
4岁小孩左侧基底神经节中风12 小时 ，用DSC MRI，SE-EPI (TR=1.5 s) 。 在造影剂通过期间中观察信号强度： ROI 1:右侧基底神经节 ROI 2:左侧基底神经节 ROI 3:右侧MCA外围的分枝 图像信号强度减少(t=12 s至25.5 s )。 可分为三个阶段： 基线造影剂前、造影剂第一到达时间 和再循环期。 第二峰时，看见动脉区域(ROI 3)。 中风区(ROI 2)低CBF，信号没有明显差异， ADCAV、CBF、MTT和CBV像，清楚呈现局部缺血区。
CBV测量原理
MR信号变化是造影剂通过血管内(富含造影剂)与血 管外邻近脑组织(乏含造影剂)的磁化率差异来测量，血 管内平均造影剂浓度正比于R* (造影剂通过前后)的变 化，计算R*就得到rCBV值。
造影剂约在10秒内通过脑部，期间至少测量5点，得 到“强度-时间”曲线。通过曲线校准，测量曲线面积 ，得CBV分布。
通过对动脉血液的质子进行标定，被标定的质子 能通过血脑障碍，直接观察脑CBF。
Perfusion
CBV：每克组织中所包含血管的体积(ml/g) CBF：每克组织中所包含液体流量(ml/g/s)
当标定物进入一Voxel时，有两种情况会使MRI 信号以生变化：
通过Voxel的时间 进入静脉的容量
理想情况下标定物通过Voxel的情况 血管通过voxel，由于血管粗 细和血液进入小静脉，导致血 管血液稀释，这些影响将与血 管结构、血管的容量、血液进 入血管的时间和其内的仃留时 间有关，研究脑的血液容量。
ADC图中：扩散率低的信号强度低(与DWI图像 相反)。
扩散加权DW成像
T2
DW
ADC
超急性 6H
急性 6D FSE
SE-EPI
ห้องสมุดไป่ตู้
灌注与扩散成像对中风的诊断
ADC对预测中风范围比rCBV小，研究表明rCBV较 准确。
rCBF与MTT是通过对造影剂到达Voxel时间来测定 ，对中风区域预测范围变大。
ln( Sb ) ADC b S0
一次为带扩散作用MR扫描
在计算中应考虑： 扩散与灌注的分离 限制和多相扩散 各向异性扩散
扩散与灌注的分离
Voxel内的质子相散是由扩散与灌注的共同 作用的结果，由于灌注时的流量较大，可选用 较小的b使灌注血液产生相散。较大的b使扩散 作用明显。
限制多相扩散
回波期间(100ms)，水分子运动范围比细胞大得 多，若水分子不能通过细胞膜，则水分子的实际 路径受到细胞壁的限制，称为受限制扩散。
获得DWI比ADC图像方便，通常也能提供较多信 息，DW是一种长T2加权扩散像，ADC效应较小， 所以通常用于与ADC像比较。
一般常规T2加权像，b=0，无扩散梯度场作用。
扩散成像与中风
在超急性局部缺血时ADC会降低20-60%，诊状出 现2小时左右，ADC开始明显降低，此时T2加权像仍 显示正常。ADC下降并不说明已形成永久损伤，
IVIM信号通过Voxel中质子的相位变化来反映，激 励后Voxel内分子共相位，当使用梯度回波(GE)时， 质子会重新聚合，但由于 IVIM的存在，运动质子则 不会重聚，导致信号降低。
扩散 (Diffusion)
静态质子，能产生自旋 回波信号；而水，由于弥 散运动，在G1和G2作用 后积累的相位变化不一致。 因此回波信号幅度下降。 下降幅度与分子扩散有关。
T2
CBV
TTP
DWI
62岁病人，出现由MCA提供的脑区域的大面积梗塞。 临床症状出现6小时后，T2示脑皮层出现变化，CBV像示由 MCA提供区域出现灌注下降。TTP示由ACA和MCA提供血液 延迟到达梗塞区域，信号低说明在梗塞区内没有流动或者造 影延迟到达，扩散像中梗塞的区域为高信号。
女18岁，右MCA主干动脉栓塞。症状3小时后，T2和Flair没有 发现梗塞，PCA示右侧MCA主干动脉(白色箭)流动信号缺损。
灌注成像应用
1988年灌注成像应用于人脑，用于诊断： 诊断肿瘤 退行性病变脑血管病 梗塞区域
灌注成像法(Perfusion)
用动态T2加权像研究造影剂通过脑实质情况，通 过MR信号的变化来测定局部微循环变化，即容量时间关系(灌注)。 此方法称：Dynamic Susceptibility
Contrast，(DSC)MRI。
DWI
CBV
TTP
T2
患镰状红细胞11岁男孩 ，出现严重头疼，神经 系统呈正常。 SE EPI(TE TR=0.1/1.5 s)进行灌注成像，注入 Gd DTPA0.1 mmol/千克 。
T2和DWI呈现正常，但右侧及左后部出现灌注下降。
Diffusion——应用
高扩散性的组织，扩散像中呈低信号。 急性出血，在三小时后T2加权像无法判别，但在 扩散成像中，出血后一小时，就可见出血部位呈现 高信号，说明出血部位水的弥散降低。 缺血性损伤，局部代谢衰竭，破坏了细胞膜内、 外离子平衡，造成水肿，呈现高信号。 囊性病变依囊液的粘度信息。 确定白质中各向异性的检测，沿白质纤维方向的 平均扩散移位比横向扩散移位要大，能更好了解白 质病变的病理情况。
梗塞后几天，T2加权像出现高信号，CT出现低密 度影，但ADC恢复，约10天左右时间达到甚至超过 正常值。利用该方法可以区别新旧梗塞区域。
DWI信号特点
DWI像信号越强，说明局部缺血组织的水分子扩 散受限越多(低扩散，如急性中风)，
但DWI的信号强度与扩散率、T1、T2和质子密度 层面方向有关，通过计算来得到ADC。
Brownian Motion
水分子的布朗运动是在微观 范围内的随机运动，虽然路程 长但位移小。
扩散系数D： 单位时间内分子的位移的大小。
水分子的布朗运动 voxel内有四个质子的迹径，采用TE=100ms ：开始 ：TE/2 ：TE
Diffusion
扩散与布朗运动有关之外，还与灌注，毛细血管 有关。用IVIM(Intra Voxel Incoherent Motion)定义分 子随机运动。
GD-DTPA、 Dysprosium(镝) 和iron oxide microspere通过肘静脉注入，FFE-EPI序列(T2*)， 得到rCBF、rCBV，TTP，T0，MTT
Perfusion
灌注：将动脉与静脉的血液传递到毛细血管中， 向组织输送氧与葡萄糖，维持细胞的正常代谢。
对灌注的准确测量，可以对中风预测。 另一种灌注的方法(无损伤的测量技术)：
灌注和扩散成像 Perfusion & Diffusion
灌注和扩散成像
比其他成像方法更快地显示梗塞灶。 80%中风是由血栓栓子引起局部缺血，通过了解病情 状态，可确定局部缺血性中风治疗方案。
•局部缺血的程度 •脑组织损坏的逆转 •区分新梗塞区同其他损伤如老中风与出血区 •显示脑损伤区域 灌注与扩散能提供以上参数，为治疗计划制定提供 强有力的工具。