二次灌注對全定量腦磁共振灌注成像血流動力學影響的初步研究

謝歡，張玉龍

磁共振灌注成像(perfusion-weighted imaging，PWI)用以反映組織微血管分布和血流灌注情況[1]，其不但能夠提供組織的血流動力學信息，而且還能對某一血管的血流動力學進行客觀有效的評價[2]。其中腦血流量的精確測定對于缺血性腦血管病、腦腫瘤的診斷和治療方案的制訂以及治療效果的評估具有重要的臨床價值[3-4]，最新研究結果顯示磁共振灌注成像對評價神經退行性疾病和神經精神性疾病也有極大的幫助[5]。但是其為半定量，所得出的灌注相關數值都不準確。因此，全定量磁共振灌注成像(self-calibrated epi perfusionweighted imaging，Scale-PWI)應運而生，其是一種新的灌注方式，對比于常規灌注它可以對灌注值進行一個相對完全定量，得出比較準確的灌注值，其準確性也得到了一定驗證[6]，正在臨床進行推廣。和常規灌注一樣，Scale-PWI也要把握一定的注藥時期，過早就會存在對比劑的二次灌注[7-8](對比劑首次進入靶組織血管到完全流出血管需要一定時間，在此期間含有對比劑的血液回流至心臟后可到達興趣區靶組織內，而此時掃描并未結束，從而形成對比劑的第二次灌注)。二次灌注會使信號曲線與實際有明顯偏差[7]，最終會對灌注參數有影響。筆者的目的就是探索Scale-PWI的最佳注藥時期，得到較準確的灌注參數，更好地應用于臨床，其次就是探索二次灌注對Scale-PWI血流動力學的影響。

1 材料與方法

1.1 一般材料

無腦血管疾病志愿者100名，男40名，女60名，年齡37～65歲，平均(50.13±8.32)歲。對所有志愿者進行詳細詢問，均無心腦血管及其他疾病等。100名志愿者的MR常規掃描圖像均無陳舊性腦出血、腦梗死、血管畸形及顱內腫瘤，均符合標準，納入統計。將志愿者分為5組，每組20名，分組兼顧性別和年齡的均衡性，所有志愿者均簽署磁共振增強知情同意書。

1.2 MR檢查及方法

應用德國 Siemens公司Verio 3.0 T超導磁共振掃描儀，掃描范圍為全腦。T1WI sag，TR 440 ms，TE 2.48 ms，FOV read 230 mm×230 mm，FOV phase 100%，矩陣320×320，層厚5 mm，層間距1 mm；T2WI tra，TR 4900 ms，TE 92 ms，FOV read 230 mm×230 mm，FOV phase 100%，矩陣320×320，層厚5 mm，層間距1 mm；T1WI tra，TR 250 ms，TE 2.67 ms，FOV read 230 mm×230 mm，FOV phase 100%，矩陣320×320，層厚5 mm，層間距1 mm；T2WI FLAIR，TR 8000 ms，TE 94 ms，FOV read 230 mm×230 mm，FOV phase 90.6%，矩陣256×256，層厚5 mm，層間距1 mm；灌注成像序列采用Sacle-PWI進行掃描，掃描范圍與前述軸位掃描范圍一致。掃描參數：TR 1620 ms，TE 36 ms，反轉角度為90°，連續掃描50期，FOV read 230 mm×230 mm，FOV phase 100%，矩陣128×128，層厚5 mm，層間距1 mm，掃描層數為20，覆蓋全腦范圍，掃描時間為2 min 19 s。對比劑采用馬根維顯，0.2 mmol/kg。由本科護理人員于右手肘窩處肘正中靜脈或貴要靜脈留置20號BD留置針，高壓注射器以4 ml/s的流率注射對比劑。5組患者分別在Sacle-PWI序列掃描的第3期、第5期、第7期、第9期、第11期注射對比劑。

1.3 Scale-PWI

圖1，2 均為灌注時間-信號強度圖，橫坐標為時間，縱坐標為信號強度。圖1與圖2比較，其信號強度下降到最小值，再上升到最大值后，其信號強度又存在一次明顯的下降，說明圖1存在明顯的二次灌注，圖2則沒有 圖3～5 分別表示各感興趣區(圖中圓圈內部分)具體測量部位，圖3為額葉，圖4為丘腦，圖5為小腦 圖6～11 分別表示額葉白質、背側丘腦、小腦的不同時期CBV、CBF灌注測量值的均值方差圖，從圖中可以看出存在二次灌注的第3期、第5期的灌注測量最大值、均值、方差都大于第7期、第9期的灌注測量最大值、均值、方差Fig. 1，2 Figure 1 and figure 2 are the perfusion time-signal strength graph, the horizontal coordinate is time, and the ordinate is the signal strength.Compare figure 1 with figure 2, its signal strength drops to the minimum value, and then rises to the maximum value. There is another significant drop in intensity, indicating that there is significant secondary perfusion in figure 1, and figure 2 does not. Fig. 3—5 Figure 1 and figure 2 respectively represents the specific measuring parts of each interest area (in the circle). Figure 3 is the frontal lobe; figure 4 is thalamus; figure 5 is the cerebellum.Fig. 6—11 Respectively represents the frontal white matter at different times, dorsal thalamus, cerebellum CBV, CBF perfusion measurement variance figure, can be seen from the figure in the existence of secondary perfusion perfusion measure the maximum value of stage 3, 5, the mean and variance are greater than 7, 9 issue of perfusion measure the maximum, the mean and variance.

表1 不同時期各部位CBV、CBF測量值( ±s)Tab. 1 Different parts at different periods of CBV, CBF measured values ( ±s)

表1 不同時期各部位CBV、CBF測量值( ±s)Tab. 1 Different parts at different periods of CBV, CBF measured values ( ±s)

注：11期由于注藥時期過晚，灌注成功率較低，數據無統計意義

注藥時期及興趣區 CBV (ml/100 g) CBF (ml/min·100 g) 注藥時期及興趣區 CBV (ml/100 g) CBF (ml/min·100 g)3期 7期額葉(右) 2.72±0.45 38.45±5.17 額葉(右) 1.81±0.49 27.05±6.42額葉(左) 2.69±0.40 38.83±4.89 額葉(左) 1.64±0.35 25.68±4.41丘腦(右) 4.55±0.65 124.53±12.87 丘腦(右) 2.61±0.95 64.98±25.62丘腦(左) 4.40±0.38 128.53±9.61 丘腦(左) 2.53±0.88 62.81±22.34小腦(右) 3.20±0.29 49.16±4.55 小腦(右) 2.04±0.71 28.93±6.81小腦(左) 3.24±0.34 50.14±3.00 小腦(左) 1.98±0.57 27.93±5.45 5期 9期額葉(右) 2.51±0.39 39.61±6.22 額葉(右) 2.02±0.10 26.63±4.43額葉(左) 2.61±0.32 40.20±6.16 額葉(左) 1.96±1.13 25.40±2.62丘腦(右) 3.87±0.83 110.21±19.43 丘腦(右) 2.77±0.39 60.55±13.39丘腦(左) 3.74±0.69 112.19±17.48 丘腦(左) 2.68±0.20 61.97±12.02小腦(右) 2.99±0.56 45.50±10.54 小腦(右) 2.18±2.89 30.38±3.17小腦(左) 3.04±0.53 44.07±7.35 小腦(左) 2.06±0.10 29.02±1.90

一個新的灌注序列，可以對腦灌注區域進行全定量灌注，得出相對準確的灌注值。其序列組成為在注射藥物前先行T1 map掃描，然后行常規PWI灌注掃描，最后再行T1 map掃描(掃描層面與第一次同層)。然后分別測量出打藥前后T1 map序列的腦白質和血池(矢狀竇)中的T1值，再代入公式，計算出穩定的腦白質穩態腦血容量(steady state cerebral blood volume，CBVss)。再通過靜態組織T1的變化和糾正血管內水的交換，從而對CBVss進行糾正，得出定量的腦白質CBV (quantitative cerebral blood volume for white matter，qCBVWM)，基于與qCBVWM相同的腦白質ROI (體積測量方法)得出腦白質的相對量CBV(relative cerebral blood volume for white matter，rCBVWM)，然后把qCBVWM/rCBVWM的比值作為一個縮放因子，再得出定量的CBV和腦血流量(cerebral blood flow，CBF)[9]；測出的最終灌注值要除以10，才得出最終值。

1.4 圖像處理

Scale-PWI 掃描完成后，首先將灌注數據通過常規PWI后處理軟件得出時間-信號強度圖，分析其是否存在二次灌注(圖1，2)。其次Scale-PWI掃描完成后會自動生成CBV、CBF的函數圖像，在此函數圖像上進行測值，其測值大小與初始水平線下與曲線所圍成面積大小呈正相關。測值感興趣區設置為圓形，測值興趣區面積均為1 cm2，測值的部位分別為額葉白質、灰質及丘腦(左右對稱)，測量時注意避開血管周圍間隙[10]。將測量值記錄分析，具體測量部位見圖3～5。

1.5 數據分析

將所有5期測值首先行期內左右對比，后再將所收集的5期數據，分析二次灌注對腦灌注成像的影響，并從中得出Scale-PWI的最佳注藥時期。

1.6 統計學方法

對統計的5期不同注射時期的各感興趣部位的數值采用均數±標準差表示，使用配對t檢驗和單因素方差分析對5期不同時期各感興趣區灌注參數值進行統計學分析。上述所有數據檢驗均采用SPSS 17.0統計軟件進行統計學處理，P＜0.05表示有統計學差異。

2 結果

100名志愿者不同注藥時期組(3、5、7、9、11期)的兩側額葉白質、丘腦及小腦的CBF和CBV值進行左右對比無明顯統計學差異(P＞0.05；圖6～11)。不同注射時期組兩側額葉白質、丘腦及小腦各灌注參數值得大小結果見表1。從表1可見，存在明顯二次灌注的第3期、第5期的各感興趣區灌注CBF、CBV灌注值明顯大于第7期、第9期無明顯二次灌注的各感興趣區灌注CBF、CBV灌注值；第11期注射時機相對較晚，數據無統計學意義。

3 討論

目前，MRI可采用PWI或不用對比劑的動脈自旋標記技術(arterial spin labeling，ASL)獲得腦血流量、腦組織局部血流量結果[11-13]。ASL是無需靜脈注射對比劑的無創性灌注成像技術[14]，此方法因可以簡單、快速地獲得腦血流量灌注值而備受關注[15]，但是其對儀器的性能要求較高，大多數機器都無法實現應用，無法快速得到普及。動態磁敏感對比增強(dynamic susceptibility contrast-enhanced，DSC)灌注技術是一種通過靜脈注射釓劑獲得對比劑與時間變化曲線的成像技術[16]，現目前該技術的應用相對比較成熟，空間分辨率高，其在腦腫瘤[17]和腦梗死[18]方面的應用最為廣泛，其與擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)結合對診斷急性缺血性腦卒中的敏感性可達到97.5%[19]。但是其定量方式為半定量，不能對腦組織灌注值進行絕對定量，后期還要通過復雜的計算才能得出大概的灌注值。針對這些缺點，西門子公司設計了一個全新的序列Scale-PWI，該序列可以對腦組織灌注值進行完全定量，得出準確的灌注值，而且大多數的機型通過調試都可以很好地應用。

在行Scale-PWI檢查時，注藥時期的把握是比較重要，如果注藥時期過早，會導致較多的藥物循環后，進行第二次灌注，從而會導致灌注的相關參數值發生變化。如果注藥時期過晚，灌注結果將毫無意義。由于該序列在國內是一個比較新的序列，其應用相對較少，筆者就是探索二次灌注對該序列的血流動力學影響并從中得出該序列的最佳注藥時期。因此，筆者將注藥時期分成了5個時期，其中第3期、第5期注射藥物存在二次灌注的概率分別為95%、80%；第7期、第9期注射藥物存在二次灌注的概率為10%、5%；第11期注射藥物的時機較晚，多數灌注掃描無法完成，灌注成功率較低，數據無統計意義。比較第3期、第5期、第7期、第9期所測得的灌注函數值，結果顯示第3期、第5期所測得的灌注函數值明顯大于第7期、第9期所測得的灌注函數值。其原因為，第3期、第5期由于注藥時期過早，導致其出現明顯二次灌注，從而使得初始水平線下與曲線所圍成的面積增大，從而可能導致所測得的灌注函數值偏大。綜上所述得出結論為：Scale-PWI的最佳注藥時期為第7～9期，可得到較準確的灌注參數值；二次灌注會導致Scale-PWI的灌注函數值偏大。

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