动脉自旋标记(ASL)基本原理及应用.pptx

ASL的基本原理及常见应用
杨双
山东省医学影像学研究所

灌注(Perfusion)可定义为血液向组织转运的稳定状态。许多生理学家用“灌注”一词强调血液与组织的联系,或者代之以毛细血管血流。
灌注是说明液性分子在组织中微观运动的又一物理概念。与扩散不同的是,它是建立在流动效应基础之上的。对体内的灌注过程进行测量,就可实现灌注(加权)成像(Perfusion Imaging)
常见灌注类型
脑血流灌注是临床十分关心的问题,目前能提供灌注成像的影像技术主要有3种:
SPECT/PET-CT核素灌注显像, 利用放射性示踪剂,如18F、14C成像;
CT灌注成像(I、Xe);
MRI灌注成像。
前两种方法有一定辐射存在, 且CT灌注存在对比剂过敏及辐射剂量较大的潜在隐患, 而MRI灌注成像安全性高, 效果良好, 已成为重要的检查技术。
磁共振灌注成像(perfusion weighted ic resonance imaging,PWI)是用来
反映组织的微血管分布及血流灌注情况的磁共振新技术,可以提供血流动力学方面的信息。利用MR进行脑灌注成像可测量局部脑组织的血液灌注,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。
磁共振灌注简介
1、使用外源性示踪剂
指对比剂首过磁共振灌注成像法,其中最常用的是动态磁敏感对比增强(DSC)灌注成像。
不需注入对比剂,利用动脉血中水质子作为内源性示踪剂,即ASL。
2、使用内源性示踪剂
DSC原理及特点
MRI灌注最常见的为动态磁敏感对比加权成像(DSC),为外源性示踪法。其基本原理为通过静脉内团注顺磁性对比剂,在对比剂首次通过毛细血管床时,组织的磁化率发生变化引起局部磁场不均匀,T1,和T 2值缩短,组织信号改变,此时用快速成像技术对兴趣区进行扫描获取图像。然后用相应的血流动力学参数进行定量表达,如局部脑血容量(rCBV)、平均通过时间(MTT)、局部脑血流量(rCBF)等。
DSC技术建立在对比剂只在血管内而不向血管外扩散的假设基础上,所得数据的准确性受血脑屏障完整性的影响。PWI的另一种方法称为动脉自旋标记示踪法(arterial spin labeling,ASL)基于示踪剂可以从血管内向组织间隙自由扩散的理论假设,利用磁性标记的动脉血内水质子流入成像层面和组织交换产生的信号降低进行成像,对标记前后的图像进行减影分析,可以得到CBF的定性、定量图。
ASL原理
MRI对于流动质子自旋与静态组织质子自旋磁化程度的差异十分敏感。ASL就是利用这一原理,以动脉血内水质子为内源性示踪剂并对其进行标记,待其流入成像层面,即对这种差异进行测量成像。通常在水质子流入成像层面之前,用翻转或饱和RF脉冲对其进行标记。当标记血液中质子进入细胞外间隙并与静态组织中质子进行交换后,组织的净磁化矢量与无标记质子的对照状态相比明显减小。将对照成像信息与标记成像信息相减,消除静态组织的信号,即得到灌注图像。
所有的ASL 技术, 整个图像采集、处理过程一般
都遵循下列步骤。
⑴反转脉冲标记动脉血质子。
⑵延迟一段时间后, 被标记的动脉血质子流入感兴趣区所在层面采集图像, 此时所采集的图像称为标记图像(tag image) 。标记图像的信号强度依赖于成像层面内自身组织特点及流入动脉血标记质子数量。
⑶在成像参数相同情况下, 动脉血质子标记前获取同层面的图像,称为对照图像(control image) 。
⑷对照图像和标记图像相减,得到灌注图像。根据采用的TI 不同, 可以显示自大动脉直至毛细血管水平的灌注情况。值得提出的是, 由于血质子的标记是质子磁矩的反转,磁化矢量降低,使得标记图像信号强度下降。因此, 两者相减的方向是对照图像减标记图
像,而不是标记图像减对照图像。
⑸由于标记图像与对照图像之间的信号强度差异较小(约为静态组织信号的1 %) , 因此需要进行多次采集信号,进行均衡处理(signal averaging) 。
ASL原理
从上述过程不难看出, ASL 技术实际上相当于一种减影技术,也类似于其他示踪技术。但是ASL 中的“示踪剂”的“半衰期”很短,只有1s (血液的T1 值) ,而不是像PET 技术中的示踪剂如H215O , 半衰期长达几分钟。尽管两者遵循同样的药代动力学模型, 但由于ASL“示踪剂”半衰期只有1s ,ASL 主要反映了被标记的血质子进入组织的速率, 而H215O PET 除了速率外,还与组织中水分交换,示踪剂的清除有关。
ASL原理