动态磁敏感对比增强

（一）基本原理

顺磁性对比剂（如钆喷酸，Gd-DTPA）进入血管后，血管腔内的磁敏感性增加，在局部产生梯度场，导致磁场不均匀，进而引起邻近氢质子共振频率改变，使质子自旋失相位，导致T2或T2*值缩短，从而使得T2WI或T2*WI信号强度降低。脑组织由于血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）的存在，Gd-DTPA不能通过毛细血管进入组织间隙，不影响组织的T1时间，因此不产生T1增强效应。DSC为经静脉团注对比剂后，采用快速成像序列，获得对比剂首次通过受检组织前、通过中和通过后一段时间内的一系列动态图像，从而评价组织的血流灌注情况（图3-1-1）。随着对比剂的流入和流出，组织的T2和T2*信号发生系列改变。动物实验表明，血管内对比剂浓度与其所引起的T2*弛豫率（△R2*）呈正比相关，而首过期间的T2*弛豫率积分（∫△R2*dt）与CBV相关。由于其操作的简便性、可观测多个血流参数等优点，在临床获得了较广泛的应用，是目前最常用的灌注成像方法。

（二）成像序列

对比剂通过脑血管系统的时间很短，仅为4s，因此必须采用快速扫描序列。在现代MRI仪上，平面回波成像（EPI）由于其无可比拟的时间分辨率，可在保证时间分辨率的前提下对包括病变在内的全脑进行成像，因此目前绝大多数研究者使用EPI进行PWI研究，每层图像的时间分辨率应在2s以内，总成像时间约为1min。用于PWI研究的EPI方法有两种：SE-EPI和GRE-EPI。SE-EPI对毛细血管水平的血管内对比剂敏感，而GREEPI对较大范围的血管均敏感。肿瘤新生血管的管径大小范围较大，脑肿瘤的PWI应采用GREEPI序列，而SE-EPI则易低估肿瘤的灌注。理想状态是对比剂局限于血管内，不进入组织中，脑组织由于BBB的存在，使PWI成为必然之选。但在脑肿瘤时，多数有不同程度的BBB破坏，对比剂逸入组织内产生T1增强效应，可部分抵消T2*缩短带来的信号下降，从而导致CBV被低估。

在不同组织的交界面，EPI可产生磁敏感伪影，在颅前窝、颅中窝底表现尤为明显，表现为图像上信号的缺失，且这种表现随着TE时间的延长而更为明显。这使得颅前窝、颅中窝底的PWI研究受到影响，尤其是小病灶，常导致PWI失败。尽管矢状位上这一伪影略有改善，但问题并未得到根本解决。

除成像序列外，对比剂量是另一个需要考虑的问题，较小的对比剂量产生的信号下降程度小，易受背景噪声干扰，导致计算结果误差大；大剂量的对比剂则会由于弹丸效应使对比剂通过脑组织血管时间延长，同时由于二次灌注使信号曲线与实际有明显偏差。因此一般采用单倍剂量（0.1mmol/kg）或双倍剂量（0.2mmol/kg）。SEEPI由于对对比剂的T2*效应敏感性较低，同等剂量下，SE-EPI上信号下降程度小于GRE-EPI，当采用SE-EPI序列时，应相应的增加对比剂量。

DSC时须获得对比剂进入兴趣区前的基线图像作为对照，一般每采集层面获取4～6幅基线图像后，以3～4ml/s的速度团注对比剂。过慢的团注速度使信号下降程度降低，并易导致参数计算错误，因此须选择较大的静脉以保证团注速度。

（三）计算参数

DSC评价的灌注参数主要有CBV、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）和平均通过时间（mean transit time，MTT），多数研究均采用半定量的参数，而很少获得这些参数的绝对值。要获得定量的脑血流灌注参数，必须测量大血管的动脉输入函数（arterial input function，AIF），得到动脉内的对比剂浓度。但这一方法在DSC有几方面的问题，一是噪声和运动可导致测量严重偏差；二是大血管内的高浓度对比剂使T2*信号严重衰减，导致测量不准；三是T2*弛豫率与对比剂浓度正相关，但并非直线关系。因此DSC多计算脑血流灌注的相对值，而非绝对值。

图3-1-1 DSC首过期间脑组织信号强度的动态变化

理论上，由于对比剂仅位于血管内，团注对比剂到达脑组织血管内时，组织T2*时间缩短、信号下降，当对比剂浓度达最大值时信号下降至峰值，此后，随着对比剂的流出，新鲜血液的流入，组织血管内对比剂浓度逐渐下降，信号逐渐回升至基线。对比剂完全流出组织血管大约需要20s，这取决于注入对比剂总量、注射速率等，在此期间，其他组织含有对比剂的血液回流至心脏后可到达兴趣区脑组织血管内，形成对比剂的二次灌注，兴趣区信号再次下降（图3-1-2），此时对比剂首次灌注尚未完全结束、信号亦未恢复至基线。脑肿瘤BBB破坏时，对比剂通过血管进入组织间隙内，缩短T2*，亦使得对比剂首过结束时肿瘤组织信号强度不能完全恢复至基线水平。为消除对比剂二次灌注和BBB破坏时对比剂渗漏带来的影响，进行数据处理时对对比剂浓度-时间曲线进行γ拟合，拟合后曲线下面积即为CBV（图3-1-3）。随着时间的延长，对比剂被血液稀释，浓度明显降低，在二次灌注以后对信号强度几乎没有影响，因此信号强度－时间曲线上没有三次及以后对比剂到达的信号变化。

图3-1-2 正常脑灰质与白质的信号强度-时间曲线

注：可见对比剂二次灌注引起的信号再次下降

一方面，CBV计算公式中k取决于动脉的流入效应，但真正的k值很难测得；另一方面，此相对的CBV还受MRI仪、团注对比剂量和速率、成像序列和参数、受检者的血容量和心排血量等因素影响，因此各研究者测得的CBV间并无太多可比性，实际工作中，多采用相对CBV（relative CBV, rCBV），即兴趣区CBV与对侧脑组织CBV之比，此参数在各研究间更具可比性。对侧脑组织的选取有两种方法，一是选取兴趣区组织的对侧对称部位，另一是选择对侧正常脑白质。前者的一个缺陷是对侧对称部位可能是白质，也可能是灰质，而灰质范围内可能走行有大的血管，此时测得的灰质CBV受大血管影响而被明显高估，即使没有大血管走行，不同部位灰质单位体积内皮质静脉的数量也不一致，皮质静脉内对比剂对信号的影响在不同皮质区存在差异，因此采用此方法时需考虑这些因素。

图3-1-3 对对比剂浓度-时间曲线行γ拟合

注：拟合后曲线下面积即为CBV

最大信号强度下降（maximum signal drop，MSD）和最大信号强度下降百分比（maximum signal reduction ratio，SRRmax），它们是与CBV正相关的参数，计算公式分别为MSD= SI0－SImin，SRRmax＝（SI0－SImin）／SI0×100%，其中SI0是基线水平的信号强度，SImin是首过期间兴趣区信号强度的最小值。这两个参数不及CBV常用，但由于其在工作站上根据首过曲线可轻易得出，且其与CBV呈正相关，因此可用MSD和SRRmax对灌注的效果和结果作出简便和初步的判断，这在临床工作中是非常有用和必要的。MSD和SRRmax亦可通过与对侧脑组织的比较而得到相对值，即rMSD和rSRRmax 。

第二个常用的参数是平均通过时间（mean transit time，MTT），它是指对比剂通过兴趣区脑组织所需的平均时间，即从动脉进入静脉的时间，也即位于毛细血管内的时间，其计算公式为：其中Ctis是组织对比剂浓度，Cmax是组织对比剂的最大浓度。另一个时间参数是达峰时间（time to peak，TTP），即兴趣区脑组织血管内对比剂自到达至最大浓度间的时间间隔，对应曲线上为信号开始下降至最小值间的时间。MTT与TTP呈正比关系，理论上MTT应是TTP的2倍，但实际上两者关系并非如此简单，不过由于TTP可在工作站上根据曲线轻易得出，而MTT则需专门的软件进行处理才能得出，因此临床工作中可用TTP大概推断MTT的值，尽管这并不十分准确。

BBB完整时，对比剂在血液中的分布符合单室模型，根据中心容积定理，脑血流量（cerebral blood flow，CBF）的计算公式为：CBF＝CCBBVV/ MTT，与计算rCBV同样的道理，临床上多计算rCBF。

血管通透性，用于肿瘤的评价。肿瘤血管的高通透性是肿瘤血管有别于正常血管的一个重要功能指标。团注对比剂后，行双回波的DSC，根据同一时刻两个TE图像上的T2*信号，去除短TE图像上的T2*效应，只保留T1效应，应用数学算法即可得出组织的灌注和血管通透性。

需要注意的是，即使是计算相对值的rCBV、 rCBF，由于MRI机型、软硬件等诸多的差异，文献中报道的各疾病的rCBV、rCBF值，未必适合读者自己的单位，因此应在掌握总的应用原则的基础上，积极总结各自MRI仪和成像参数下，PWI各种临床应用的rCBV、rCBF阈值，以达到更准确的结果。