Transcript 医学影像诊断学Department of Radiology WMC

医学影像诊断学
脑 功 能 成 像
functional magnetic resonance imaging
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医学影像诊断学
脑功能成像（fMRI ）
• 磁共振波谱分析（MRS magnetic resonance
spectrum）
• 弥散加权成像（DWI diffusion weight imaging）
• 磁共振灌注成像（PWI perfusion weight imaging）
• 脑活动功能成像（functional imaging of the brain）
– 血氧水平依赖性成像（BOLD blood oxygen level depend）
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医学影像诊断学
MRS
• MRS 是利用核磁共振现象和化学位移作用进行
特定原子核及其化合物定量分析的方法。
• MRS主要是物理和化学分析方面的研究。为目
前唯一无损伤检测活体器官和组织代谢、生化、
化合物定量分析的技术。
• 即使是同一种原子核（如1H），当它在不同的
化合物中，由于它在化合物中所处化学环境不
同，Larmor频率就不同，在MRS上产生共振峰
位置也不同，这种现象为化学位移。
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MRS
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1HMRS的临床应用
• 1H-MRS是敏感性最高的检测方法。它可检测
与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的
化合物，如肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、肌醇
（ml）、γ—氨基丁酸（GABA）、谷氨酰胺
(Glu+Gln)、乳酸（Lac）和N-乙酰门冬氨酸
（NAA）等。
• 临床1H-MRS不需增加磁共振硬件设备，且
MRI和MRS一次检查中完成，不需重新定位和
更换线圈。
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1HMRS常用化合物化学位移
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ml 3.56
Cr 3.03
Cho 3.22
Glx 3.77 2.05-2.45
NAA 2.0
Lip 0.9-1.44
AA0.9
Lac 1.33
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1HMRS
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1HMRS
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NAA
• NAA波谱位于2. 0 ppm 处，是公认的反应神经
元功能的内标物，反映神经元的功能状况。
• NAA与蛋白质和脂肪合成、维持细胞内阳离子
浓度以及K+、Na+、Ca2+等阳离子通过细胞及
神经膜的兴奋性有密切关系。
• NAA 浓度降低可能是由于神经元的破坏减少或
线粒体功能失调所致，还可能由于神经元细胞
膜的破坏，NAA 被暴露于使之降解的酶，因水
解增加所致。
• NAA 浓度降低与神经元或轴突的缺失有明显的
相关性。
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Cho
• Cho 的波谱位于3. 2 ppm处。包括胆碱、磷酸
甘油胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，反映脑内
总的胆碱量，这些物质主要存在于细胞膜上，
是细胞膜磷酯代谢的一个组成成分。其浓度的
改变反映细胞膜合成和降解的变化。
• Cho 浓度的增高与细胞膜的降解增加引起可溶
性Cho 浓度的增高相关。
• 多发硬化、肾上腺性脑白质营养不良、感染疾
病如AIDS病中Cho升高提示活动性脱髓鞘。
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Cr
• Cr 的波谱位于3. 02 ppm处，包括肌酸与磷酸肌
酸，其作为高能磷酸化的储备以及ATP 和ADP
的缓冲剂可能对维持脑细胞中的能量依赖系统
发挥作用。
• 由于Cr 在同一个体脑内不同代谢条件下均保持
相对稳定，故Cr 常作为波谱研究的内参照。可
见，以Cr 为参照的NAA/ Cr 和Cho/ Cr 比值在
一定程度上反映了NAA 和Cho 浓度的变化。
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Cr/PCr
• Cr/PCr：化学位移为3.0和3.94ppm的共振
信号代表磷酸肌酸（PCr）和Cr。PCr为
细胸能量代谢的主要储能形式，1H波谱
可分析细胞能量代谢改变，多数情况下
Cr/PCr含量相对稳定。
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1HMRS
• Lac：为糖酵解终产物，在糖酵解过程加
强时Lac增高，如肿瘤中，Lac增高反映
肿瘤组织无氧代谢增加和出现坏死。
• Lip：在星形细胞瘤与脑膜瘤中这些化合
物升高，也可反映坏死过程中磷脂形成
过多。
• ml：ml升高在Alzheimer病具有较高特异
性。
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1HMRS代谢物图
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脑的MRS
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脑的MRS
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31P-MRS
许多含磷化合物参与细胞能量代谢与生物
膜有关的磷脂代谢。31P-MRS广泛用于研究组
织能量代谢和生化改变。磷酸单脂（PME，
6.8ppm）、磷酸二指（PDE，2.9ppm）、磷酸
肌酸（PCr， 0ppm）、无机磷（Pi，4.8ppm）
和 三 磷 酸 腺 苷 中 的 α-ATP(7.6ppm)、β-ATP(16.3ppm)、γ-ATP(-2.6ppm)磷原子。
目前脑的31P-MRS均可检测上述7种化合物。
主要用于研究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢
和pH值的测量。
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弥散加权成像
• 弥散加权成像(DWI) 是利用成像平面内
水分子扩散系数的变化来产生图像对比
的。扩散现象反映水分子的随机运动，
即布朗运动。
• 弥散减低时，DWI表现为高信号。
• 弥散增加时，DWI表现为低信号。
• ADC图
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DWI、ADC图
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DTI
• DTI可以显示白质纤维束走行,反映白质
纤维束的病理状态及其与邻近肿瘤的解
剖关系。
• 各向异性分数(fractional anisotropy ,FA)
图及FA值，临床常用FA值来定量分析各
向异性的程度。在FA图中,脑白质各向异
性最高,表现为高信号;相反,脑脊液各向
异性最低,表现为低信号。
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FA图
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胼胝体的神经束图
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磁共振灌注成像
（PWI perfusion weight imaging）
• 概念：将组织毛细血管水平的血流灌注
情况通过磁共振成像方式显示出来，从
MRI角度评估局部组织活力及功能。
• 方法：
– 对比剂团注示踪法
– 动脉血流自旋标记法
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磁共振灌注成像
（PWI perfusion weight imaging）
• 概念：将组织毛细血管水平的血流灌注
情况通过磁共振成像方式显示出来，从
MRI角度评估局部组织活力及功能。
• 方法：
– 对比剂团注示踪法
– 动脉血流自旋标记法
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对比剂团注示踪法
• 利用顺磁性造影剂（Gd-DTPA）产生的“质
子—电子—电子偶极质子效应”，使成像组织
的T1、T2值缩短，尤以T2值缩短为主；同时应
用超快速成像方法来获得成像的分辨率，观察
组织的T1、T2*值变化率，进一步计算组织血
流灌注。
• 通过时间—信号强度曲线计算造影剂的通过时
间（MTT）、局部脑血流量（CBF）及局部
脑血容量（ CBV） 、峰值时间（TTP）。
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对比剂团注示踪法的临床应用
• 用于脑梗塞及肝脏病变的早期诊断、肾
功能灌注。
• 心脏的灌注分析。
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磁共振灌注成像的图像
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磁共振灌注成像的图像
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磁共振灌注成像的图像
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磁共振灌注成像的图像
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PWI的临床应用
•
•
•
•
脑血管病
颅内肿瘤
感染
在其他部位的应用
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血氧水平依赖性成像
（BOLD blood oxygen level depend）
• 定义：通过刺激周围神经，激活相应皮
层中枢，使中枢区域的血流量增加，进
而引起血氧浓度及磁化率的改变，并在
磁敏感对比MR图像上显示相应的中枢范
围。BOLD成像即狭义的脑功能成像。
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血氧水平依赖性成像
• 原理：
– 氧合血红蛋白（Oxy-Hb）为抗磁性物质，
去氧血红蛋白（deoxy-Hb）为顺磁性物质，
具有短T2效应。
– 随着脑皮层中枢的激活，其局部的血流量增
加，但氧消耗量增加增加不明显，因而局部
Oxy-Hb相对含量增加，而deoxy-Hb相对含
量下降，因而局部磁化率减少，T*加权图像
上可显示被激活中枢与周围中枢区的对比。
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fMRI的应用
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fMRI的应用
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