血管空間功能性磁共振成像的原理

1、血管空間成效性磁共振成像的原理【關(guān)鍵詞】血管空間成效性磁共振成像血氧程度依靠性磁共振成像絕對(duì)腦血容量20世紀(jì)90年代以來,成效磁共振成像(funtinalagnetiresnaneiage,fri)技能除具有非侵入性、無放射性同位素到場以及可重復(fù)查抄等長處外,其明顯的上風(fēng)在于具有較高的空間和時(shí)間區(qū)分力,能將剖解和成效圖像融為一體。特殊是比年來清醒靈長類動(dòng)物圖像的樂成得到,使神經(jīng)生理學(xué)、神經(jīng)藥理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和病理生理學(xué)的活體實(shí)行影像研究成為實(shí)際，尤其對(duì)大腦認(rèn)知成效的研究做出了宏大的孝敬。如今所舉行的fri研究大多基于血氧程度依靠法bld成像。其根本原理是:當(dāng)大腦受到某種刺激或?qū)嵭幸豁?xiàng)使命時(shí)，相

2、應(yīng)地區(qū)大腦皮層活動(dòng)增長，腦活動(dòng)的增長陪同局部血流灌注和氧耗的增長，腦成效區(qū)皮質(zhì)微血管的血流量、流速及腦血管容量增長，而細(xì)胞耗氧量增長相對(duì)并不顯著，兩者增長的不成比例導(dǎo)致成效活動(dòng)區(qū)氧合血紅卵白增長，脫氧血紅卵白淘汰。由于人體血液中的氧合血紅卵白是抗磁性物質(zhì)，脫氧血紅卵白是順磁性物質(zhì)，綜合效應(yīng)導(dǎo)致t2弛豫時(shí)間延伸，r信號(hào)加強(qiáng)1。但是隨著研究深化，創(chuàng)造bld-fri仍舊存在諸多的不敷之處，好比：在同一激活區(qū)內(nèi)，血紅卵白中氧狀態(tài)的變革，不但受激活神經(jīng)活動(dòng)地區(qū)四周的微血管的信號(hào)影響，也受四周大血管的信號(hào)影響。這就輕易造成激活信號(hào)并不非常正確地定位在灰質(zhì)上。這種征象在低場強(qiáng)表現(xiàn)得尤為突出，只管在高場強(qiáng)進(jìn)步

3、區(qū)分率的環(huán)境下可以進(jìn)步定位的正確性，但是不克不及真正將神經(jīng)活動(dòng)地區(qū)內(nèi)擴(kuò)張的微血管和大血管內(nèi)的血液信號(hào)完全區(qū)分開來2,3。2022年由luhz等初次提出了一種新技能-血管空間成效性磁共振成像vasularspaeupany-dependentfri，vas-fri)4,5，它消除了大血管中的血液信號(hào)，從而進(jìn)步定位的正確性，并且它還能對(duì)腦血容量bv)舉行定量檢測，后者對(duì)付疾病的診斷和治療有很大的幫助。vas-fri的原理及實(shí)現(xiàn)要領(lǐng)大腦血液受雙重供給：一重是大血管，它們受交感神經(jīng)的調(diào)控，對(duì)局部的腦血流不起重要作用；另一重是直徑在100-200u的微血管，重要受內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的影響，好比2,n,前線腺素及

4、k+。腦成效成像不該泉源于大血管，而是由相應(yīng)腦激活區(qū)局部構(gòu)造微血管和腦本色所產(chǎn)生的。以是，假設(shè)消除了大血管內(nèi)的血液信號(hào)，就可以更正確的反響局部腦構(gòu)造的激活。vas-fri是利用翻轉(zhuǎn)復(fù)興序列ir消除腦大血管信號(hào)，然后利用平面回波序列epi舉行bld信號(hào)網(wǎng)羅。其原理雷同于短反轉(zhuǎn)時(shí)間的反轉(zhuǎn)規(guī)復(fù)序列(shrttiinversinrevery，stir)和液體衰減反轉(zhuǎn)規(guī)復(fù)序列fluidattenuatedinversinrevery，flair。在產(chǎn)生信號(hào)的90度脈沖前附加一個(gè)180度脈沖，兩脈沖隔斷時(shí)間稱為反轉(zhuǎn)規(guī)復(fù)時(shí)間(ti)，按照大血管血液和腦構(gòu)造t1值差異，選擇差異的ti數(shù)值，選擇性的按捺特定構(gòu)造

5、的信號(hào)，如在場強(qiáng)為0.2t時(shí),ti設(shè)為90-108s(脂肪t1值的69%),可以按捺脂肪信號(hào);ti設(shè)為12001500s(游離水t1值的69%),可以按捺水信號(hào)。在大多數(shù)的vas試驗(yàn)中將ti設(shè)為710-1106s，就可以按捺大血管血液信號(hào)。所用序列為非層面選擇反轉(zhuǎn)規(guī)復(fù)序列nsirnn-slie-seletiveinversinrevery，如圖a所示4:兩個(gè)90脈沖間的時(shí)間隔斷是ts，90和180脈沖間的時(shí)間隔斷為ts/2。1由于此序列只能在一次掃描中得到一個(gè)圖像，既耗時(shí)得到的圖像數(shù)目也少，2022年lu等對(duì)序列舉行了改進(jìn)，修改后序列為agi-vasultipleaquisitinsithgl

6、balinversinyling,如圖b所示6:在本來的180射頻脈沖后一連利用三個(gè)90脈沖-epi的組合，如許得到的圖像數(shù)就是本來的三倍。值得留意的是把ti從936s變?yōu)?98s，由于在180和180的隔斷之間要得到3層圖像，信號(hào)的獵取時(shí)間就要做相應(yīng)的調(diào)解，在血液信號(hào)消除之前的那層獵取時(shí)間要細(xì)微短些，而在消除血液信號(hào)之后的那層獵取時(shí)間要細(xì)微長些。以是，將ti設(shè)為898s，可以從總體上到達(dá)消除血液信號(hào)的目的。vas-fri的應(yīng)用1.腦成效成像利用vas-fri的圖像的定位不是依靠血氧的濃度，而是消除了大血管血液信號(hào)后利用腦激活區(qū)內(nèi)的水分子活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)定位。2022年lu等在1.5tr掃描機(jī)上利用

7、vas-fri，對(duì)17個(gè)受試者舉行了黃藍(lán)格子變革的視覺刺激腦成效成像實(shí)行，并將實(shí)行效果與利用傳統(tǒng)bld技能得到的效果舉行了比擬。他們創(chuàng)造bld圖像中激活點(diǎn)的漫衍范疇很大，有13.7%漫衍在腦溝，乃至在上矢狀竇及腦溝的位置都有激活點(diǎn)出現(xiàn)；vas可以明晰的將腦灰質(zhì)、白質(zhì)、血液區(qū)分開來，尤其是在灰質(zhì)的定位正確行性可以到達(dá)98.6%以上。效果說明，vas在腦成效區(qū)激活定位方面比bld越發(fā)正確。隨后，lu等別離利用屏氣和過分通氣的刺激方法，對(duì)2個(gè)男性受試者，別離舉行vas和bld成效成像實(shí)行。詳細(xì)刺激形式為重復(fù)屏氣和自由呼吸6次，時(shí)間為20/40s；重復(fù)過分通氣和自由呼吸4次，時(shí)間是40/40s。實(shí)行效

8、果同樣證明了vas激活定位上的上風(fēng)4,7。2.臨床診斷方面2022年，lu等對(duì)h分級(jí)ii級(jí)以上膠質(zhì)瘤定位性研究。他們選用39個(gè)神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者作為受試工具，此中ii級(jí)包羅低級(jí)別星形細(xì)胞瘤有9名，iii級(jí)有20名，iv級(jí)10名。在1.5t場強(qiáng)下利用vas-nsir序列舉行檢測，ti為920s。由于比擬劑范圍在血管腔內(nèi)，且血腦屏蔽保持完備，以是vas圖像和通例的bv圖像很好的符合。進(jìn)一步的試驗(yàn)效果表白vastur表現(xiàn)腫瘤區(qū)的vas值可以將ii級(jí)星形細(xì)胞瘤與高級(jí)別星形細(xì)胞瘤區(qū)別開來，而iii級(jí)和iv級(jí)之間卻無法區(qū)分，但是vasrati表現(xiàn)腫瘤區(qū)和對(duì)側(cè)大腦半球的vas比值可以將ii與iii顯著的區(qū)分開來

9、，iii級(jí)與iv級(jí)之間也可以很好的區(qū)分。如許使得對(duì)腦膠質(zhì)瘤的診斷的正確率到達(dá)71.8%，以及對(duì)差異級(jí)別膠質(zhì)瘤的區(qū)分也很有幫助8。3.腦血容量的測定腦血容量bv是一個(gè)和腦的活動(dòng)狀態(tài)有著嚴(yán)密干系的生理參數(shù)，很多病理狀態(tài)下都陪同局部腦血容量(rbv)值非常，如急性腦出血、腦腫瘤、阿爾茨海默并消息脈畸形等。因此,bv的測定對(duì)付相識(shí)腦的生理病理歷程具有很緊張的作用。十九世紀(jì)九十年代，seley、sharzbauer和kuppusay等人9利用利用比擬劑的前后ri血管的電位差異來測定局部腦構(gòu)造的bv。這創(chuàng)始了檢測bv的先河，但是seley所利用的這種要領(lǐng)不克不及在注入比擬劑前后形成最大比擬度，從而信噪比不

10、高，以是沒有得到推廣。信號(hào)反響了局部腦血流、血容量和血氧濃度的變革，并且在注入比擬劑后，由于血腦屏蔽的攔截作用，腦構(gòu)造的t1值不會(huì)產(chǎn)生變革，而血液的t1值那么會(huì)從險(xiǎn)些為0變?yōu)樽畲?，因此利用fri技能能在注入比擬劑前后形成最大的比擬度，成為檢測腦血容量的最正確要領(lǐng)。由于去除了大血管血液信號(hào)，利用vas技能可以越發(fā)正確的定量檢測bv值。2022年，lu等在1.5t的場強(qiáng)下與動(dòng)態(tài)磁敏感比擬dynaisuseptibilityntrast，ds舉行比力，對(duì)10名受試者舉行abv的定量試驗(yàn)。利用nsir序列，在注入比擬劑前后別離對(duì)受試者舉行2分12秒的掃描，注入比擬劑后顛末1分鐘來使比擬劑到達(dá)不變狀態(tài)后

11、，再舉行掃描，ti別離為920s。通過sp數(shù)據(jù)后處置懲罰由bld信號(hào)變革推導(dǎo)出abv變革，從而實(shí)現(xiàn)abv值的定量，在灰質(zhì)為5.5+0.2l/100lbrain而白質(zhì)為1.4+0.1l/100lbrain。ds技能只能得到bv的值，并且其圖像還會(huì)輕度的扭曲10。2022年，gu等在3.0t場強(qiáng)下，利用nsir序列，對(duì)受試者舉行測試。試驗(yàn)分為兩部門，第一部門對(duì)5個(gè)康健受試者舉行靜息和好壞或白黑方格圖案的循環(huán)顧覺刺激。第二部門對(duì)4名受試者利用2hz和8hz的閃耀方格刺激。此中ti選889s時(shí)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，試驗(yàn)測得在靜息狀態(tài)下受試者的avb均勻值為5.0+1.5l/100lbrain，在賜與視覺刺激時(shí)，a

12、bv就增長到6.6+1.8l/100lbrain。在接納2hz和8hz的差異強(qiáng)度，創(chuàng)造abv在2hz時(shí)從4.5+0.4l/100lbrian增長到5.2+0.6l/100lbrian；在8hz時(shí)增長到5.9+0.6l/100lbrain?？梢奱bv的增長和刺激強(qiáng)度的增長成正相干。這種要領(lǐng)既不會(huì)對(duì)受試者產(chǎn)生任何損害，并且具有不變性和可重復(fù)性11。結(jié)語lu等的研究對(duì)vas理論的創(chuàng)立和開端的臨床應(yīng)用做出了很大孝敬。在他們的研究底子上，不竭有學(xué)者進(jìn)一步探究研究，對(duì)vas的不敷如說信噪比力低等加以改進(jìn)，使之越發(fā)美滿。比方，benedikta等對(duì)vas的序列舉行革新，利用ir-haste(inversin

13、reveryhalf-furieraquisitinsingle-shtturbspineh)序列，賜與受試者以視覺刺激，試驗(yàn)效果表現(xiàn)與本來的epi比擬，使信噪比進(jìn)步43%13。固然vas-fri如今尚未大量應(yīng)用于科研和臨床，但其在abv的定量測定和在腦灰質(zhì)的正確定位方面的上風(fēng)，信賴在將來的研究中會(huì)被漸漸熟悉和利用，并將在疾病的診斷、治療和預(yù)后中發(fā)揮更大的作用?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】6.hanzhanglu,peter.vanzijl,jerenhendrikse,xavierglay.ultipleaquisitinsithglbalinversinyling(agi):aultislietehniquefrvasular-spae-upanydependentfri