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胶质瘤IVIM和3D-ASL成像技术。

编辑:INC|发布时间:2021-11-09 10:23
1IVIM成像。 1.1基本原理。 IVIM成像是一种基于扩散加权成像(DWI)的功能MRI技术。DWI是唯一能在活体状态下检测水分子运动的MR成像技术,但它是一个单指数模型。随着研究的深入,研究人...

  1IVIM成像。

  1.1基本原理。

  IVIM成像是一种基于扩散加权成像(DWI)的功能MRI技术。DWI是唯一能在活体状态下检测水分子运动的MR成像技术,但它是一个单指数模型。随着研究的深入,研究人员发现,除了水分子在组织细胞中的扩散运动外,血液流动也会影响水分子的扩散状态,而传统的DWI无法区分两者。

  1986年,LeBihan等人首次提出IVIM理论,认为单体素内血管中水分子在人体组织DWI中的扩散与自由水相似,扩散速度快,向各个方向扩散的概率相同,称为IVIM。IVIM成像采用多个b值,是一种双指数模型,其数学模型公式为:Sb/S0=f×exp[-b(D*+D)]+(1-f)exp(-b×D)。S0.Sb分别b值为0和不同b值时的信号强度;D*代表假扩散系数,又称快扩散系数,主要反映组织细胞的灌注信息;D代表真扩散系数,又称慢扩散系数,主要反映组织细胞中水分子的扩散运动;f代表灌注分数,即D*的体积分数,主要反映组织细胞的灌注信息,值为0~1。Lemke等认为,当b-200s/mm2时,微循环灌注效应的比例增加,主要反映组织细胞的灌注信息;当b-200s/mm2时,主要反映水分子的扩散运动。

胶质瘤IVIM和3D-ASL成像技术。

  IVIM成像中最重要的参数是b值,它代表扩散敏感梯度因子,反映施加梯度场的大小和持续时间,公式为b=γ2G2δ2(δ-δ/3)。γ.G.δ.δ分别代表磁旋比、磁场强度、持续时间和施加梯度磁场的间隔。从公式上可以看出,b值越小,对信号的影响越小,扩散成分越少,主要反映组织的灌注信息,获得的图像信噪比(SNR)越高;相反,b值越大,施加的两个梯度场越强,对扩散运动的探测越敏感,但缺点是图像SNR越低。b值的数量和b值的选择会影响IVIM参数的准确性。理论上,b值越多,测得的参数越准确,但b值越多,扫描时间越长。

  Malagi分别使用4.8.13个b值进行研究,发现8个b值和13个b值稳定性好,相关性高,4个b值精度降低。选择8个b值的组合可以在IVIM参数中提供更好的精度。另外,b值的分布也是研究的热点,Lima等认为IVIM成像中b值不能过高,当b值>1500s/mm2时,组织细胞的水分子分布偏向于非高斯分布,导致数学模型受到限制,它不再是指数模型,而且高b值还会导致信号衰减,影像SNR减少。

  Hu等研究表明,选择≥8个低b值(bu200s/mm2)比选择5个以下低b值测得的参数值更准确;当选择的最高b值≤500s/mm2时,组织内小管道和脑脊液引起的部分容积效应会影响参数的准确性;当选择的最低b值>1500s/mm2时,快速扩散信号会消失,建议高b值采用800~1000s/mm2。

  Chabert等推荐优化的14个b值方案(15.60.150.160.170.190.260.440.560.700.980.1000s/mm2),推荐的方案能更好地描述信号衰减,减少参数测量的差异,提高精度。因此,在实际临床工作中,IVIM成像中b值的数量应为10个左右,低b值(bu200s/mm2)不应少于5个,高b值应≤1000s/mm2,Chabert等推荐b值选择方案可作为参考。

  23D-ASL成像。

  2.1基本原理。

  ASL技术是利用自体动脉血中的水分子作为内源性示踪剂,对流入侧的动脉血进行反转脉冲标记。自旋松弛状态改变后的水质子在一段时间后灌注组织,并在成像层面与组织中未标记的水质子进行交换,导致局部组织T1值发生变化。此时,采集的图像是标记图像,通过减少标记图像和未标记图像的影像来获得灌注图像,即脑血流量(cerebralblodflow,CBF)图。CBF图可以用伪色标记红、黄、蓝三种颜色,红色代表高灌注,蓝色代表低灌注,黄色代表两者之间。除视觉定性判断外,ASL还可以提供定量诊断参数,即CBF。CBF值越大,血流越丰富;相反,它越小。

  3D-ASL技术是近年来在2D-ASL技术的基础上发展起来的。目前,根据标记方法的不同,ASL技术可分为脉冲ASL(pulsedASL、PASL)、连续ASL(continuousASL、CASL)、伪连续ASL(pseudo-continuousASL、pCASL)和基于流量的ASL(velocity-selectedASL、vsASL)。

  PASL标记效率高,但影像SNR低;CASL扫描范围大,图像SNR好,但对硬件设备要求高,标记效率低;vsASL基于速度而不是空间定位,临床应用少。所以目前临床上常用的是3DpCASL,它采用了快速自旋回波(FSE)序列的3D容积扫描和高保真梯度的螺旋K空间填充,结合了PASL技术标记效率高和CASL技术SNR高的优点,在标记效率和信噪比之间达到了很好的平衡。

  2.2标记后延迟时间(postlabeldelay,PLD)的选择。

  PLD时间是3D-ASL成像的重要参数。理论上,将PLD时间设定为刚刚超过动脉通过时间(arterialtransittime,ATT)是最准确的,因为此时成像时标记的所有水分子基本上都到达组织,测量的CBF值精度最高。若PLD时间选择过短,则灌注尚未完成,导致信号减弱,同时仍留在血管内的标记水分子也会影响CBF值的测量;反之,若PLD时间选择过长,纵向磁化矢量还会继续T1的放松过程,导致信号减少,从而降低影像SNR。

  在目前的临床实践中,ASL技术最常用的PLD时间是1.5s,但随着研究的深入,发现仅用单组PLD时间测量兴趣区的CBF值是不准确的,PLD时间会受到年龄、性别、潜在疾病等因素的影响。因此,一些研究人员建议尽用2组或更多组的PLD时间(如1.5s.2.5s等)。

  Oshita通过结合4DMR血管成像(4D-MRA)和多时相ASL,给出了大脑各血管区域和全脑的最佳PLD时间表达式。这种方法不仅考虑了年龄、性别等影响因素,还考虑了病变空间位置的影响,使得测量兴趣区的CBF值更加准确,但技术复杂、耗时,需要进一步优化。因此,在临床工作中,应尽可能选择2个以上的PLD时间,以确保CBF值的准确性,并合Oshita等PLD时间表达式。

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