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飞利浦MR用于脑卒中的优势成像技术

      脑卒中已然成为全社会高度重视的一类疾病,在中国,脑卒中为第一位死亡原因,死亡率是美国的5倍,造成直接经济负担每年高达400亿元,脑卒中也是高致残率的疾病,存活者3/4不同程度丧失生产能力。对于这类疾病,MR能发挥非常重要的作用,特别是通过多序列检查,有效组合,能够为临床提供解剖、功能等全面的病变信息,从而帮助快速、精准的诊断,并且有效的帮助患者赢得宝贵的抢救时间。飞利浦MR平台上有很多优势的技术可用于脑卒中,通过合理选择、有效组合,能够实现一站式检查,更高效的为临床提供综合的病变信息。

一、脑卒中MR成像需要为临床提供的重要信息

      在进行脑卒中MR检查时,需要从以下几方面考虑从而为临床提供关键的信息:

1、脑卒中潜在病变的早期筛查即脑卒中高危人群筛查

       早发现、早诊断、早治疗是预防脑卒中并提高卒中生存率的重要因素。临床上除高血压、糖尿病、高脂血症等是导致脑卒中的危险因素外,MR需要帮助临床及早发现直接导致脑卒中症状发生的潜在病变,如动脉粥样硬化引起的血管狭窄、血管壁病变(斑块),以及动脉瘤、动静脉畸形等会导致出血性脑卒中发生的疾病也需要及早筛查。通过MR早期筛查并及早合理治疗,能极大地避免病变进一步进展。敏感检测脑卒中潜在危险病变的MR技术如包括扩散加权成像(Diffusion Weighted Imaging, DWI)、动脉自旋标记技术(Arterial Spin Labeling, ASL)、磁敏感加权成像技术(Susceptibility Weighted Imaging,SWI)等,此外在飞利浦MR平台上还有非常优势的高分辨率血管壁成像技术,能精准检测颅内、颅外血管壁斑块,帮助判断斑块的易损性特征,可为脑卒中潜在病变的早期筛查提供重要的临床价值。

2、脑卒中病变受累区域及半暗带的反映

      世界卫生组织将脑卒中定义为“急性血管源性神经功能障碍,突然(数秒内)或迅速(数小时)出现受累脑区的相应症状和体征。可见,脑卒中一旦发病同时会累及两大系统,一类是神经系统,一类是循环系统(动脉和/或静脉),这就要求MR成像时能同时将这两大系统的信息反映出来。MR可以进行多参数、多序列检查,单次扫描就可提供丰富的解剖及病变信息,而且可以通过扫描线圈合理选择,同时将颅脑实质、颅内血管及颈部血管等信息全面反映,特别是在神经系统及软组织显示方面,MR有绝对的应用优势。半暗带是临床进行急性缺血性脑卒中抢救时非常关注的信息,如果影像检查能够将血流恢复后神经细胞功能可以恢复以及不能恢复的区域区分开来,也就是有效反映缺血半暗带,这对于临床开展积极救治工作是非常重要的信息。

3、出血性脑卒中和缺血性脑卒中的判断

      脑卒中发生时,需要考虑其发病的复杂性。通常脑卒中以缺血性脑卒中多见,约占全部脑卒中的60%-80%,包括短暂性脑缺血发作(Transit Ischemic Attack,TIA)和缺血性脑梗死,另外还有出血性脑卒中,如脑实质出血及蛛网膜下腔出血,约占20%-30%,此外还有混合型脑卒中,即缺血、出血可以同时存在,这也就要求MR影像检查的手段能同时兼顾出血和缺血的检测。

二、飞利浦MR用于脑卒中的优势成像技术介绍

      基于以上临床在进行脑卒中MR检查时需要关注的重要信息,飞利浦MR平台上除了常规检查序列外,如DWI、Inflow-MRA(TOF)技术外,还有很多优势的成像技术,能够帮助临床提供全面的信息并有效应用于临床。

1、高分辨率颅内/外血管壁成像技术

      高分辨率血管壁成像(high-resolution vessel wall imaging,HRVW)是通过抑制血管内流动血液信号获取血管壁等静态组织图像的一种成像方法。这种技术采用足够高的空间分辨率,能清晰显示颅内、外动脉的管壁结构,用于评估管壁斑块的部位、形态、成分,进而确定斑块的风险程度,弥补常规MRA 仅能显示管腔的不足,对颅内外血管病变的评价有较高的临床应用价值。

      在进行颅内血管壁成像时,颅内血管床由于走形迂曲,且血管内径较细,如大脑中动脉、椎动脉及基底动脉,直径较窄处仅有3-4mm,这对MR血管壁成像技术提出了诸多挑战。飞利浦采用了VISTA(Volume Isotropic Turbo spin echo Acquisition)扫描序列,同时结合了优化的运动敏感驱动平衡(Motion Sensitized Driven Equilibrium,MSDE)方法可以实现非常好的黑血效果,能对血管壁进行高分辨率成像,通过曲面重建展现大范围血管,并进一步帮助评估斑块的形态、成分,进而确定斑块的风险程度,补充TOF-MRA仅能显示血管腔的局限。

      MSDE技术可实现在很短的时间内(0~18ms)达到大范围抑制血流的效果,血流流动模式越复杂,流动速度越快,则越容易通过该方法达到抑制效果,同时其对于主磁场B0和发射场B1的不均匀性也具备一定的抵抗能力,可有效用于血管壁成像技术。

       利用VISTA技术能够清楚显示血管壁以及管腔结构,了解到血管重构模式,为临床提供精准的诊断和治疗指导信息。如对于颅内动脉闭塞性病变进行介入治疗时,了解局部动脉的重构模式具有重要的指导价值。在介入治疗过程中,操作者往往依据参考血管直径选择球囊的大小,对于存在动脉负性重构的患者,选择球囊时如未考虑病变局部血管外壁直径的缩小,在球囊膨胀时有可能导致血管损伤甚至破裂。故应用HRVW了解目标血管的重构模式对介入治疗的成功及临床预后是非常重要的。

      除了颅内动脉,颈动脉斑块成像更是依托飞利浦MR 成像平台以及清华大学强有力的科研设计在颈动脉成像方面建立的成熟的技术体系;一站式全景3D SNAP、3D VISTA、3D MERGE等颈动脉血管管壁成像,能全面显示管壁,管腔及斑块分布,并可任意角度多平面重建。SNAP(Simultaneous Non-contrast Angiography and intra-Plaque hemorrhage)技术可实现非增强血管造影和斑块内出血检测,利用一次采集,就可以同时得到血管造影的信息以及斑块内有无出血的信息,大大提高了采集效率;3DMERGE(Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo)是基于反转准备脉冲的快速梯度回波序列,能实现抑制管腔内血液信号突出血管壁结构的效果。

      通过以上MR血管壁成像技术可以精准判定斑块成分,区分易损还是稳定性斑块,而不单纯从管腔的狭窄程度做为手术指征进行判定,对疾病的救治目的更为清晰和明确。

      当前,如何在短时间内获得大范围、高质量、包含斑块各成分信息的图像,成为MR血管壁成像领域未来的发展方向。2017年飞利浦MR首次将压缩感知技术(Compressed SENSE,CS) 应用于MR全身多部位多序列成像,在磁共振加速技术的道路上迈出重要的一步。全身压缩感知成像技术除了可以大幅度提升全身多种序列的扫描速度,也可以成倍增加图像的空间分辨率。

2、 3D pCASL技术

      动脉自旋标记(Arterial Spin Labeling, ASL)技术是一种无需外源性对比剂就可在脑组织水平进行观察和定量脑血流的MR灌注成像方法。该技术提出至今已有二十余年的发展,期间经过与包括 15O-PET 在内的其它灌注技术的比较、重复性和一致性验证等大量的临床检验,现已作为精准、无创的MR灌注成像方法广泛用于中枢神经系统多种疾病的检查。2014年初,包括ASL技术发明者John A. Detre在内的十四位行业权威专家于MRM封面合刊了ASL技术使用的白皮书《Recommended Implementation of Arterial Spin LabeledPerfusion MRI for Clinical Applications: A Consensus of the ISMRM PerfusionStudy Group and the European Consortium for ASL in Dementia》。该白皮书系统地介绍了ASL技术的发展与临床应用,并推荐信噪比更高、重复性更好的pCASL作为临床科研中使用的ASL方法。

      当前ASL灌注技术以3D pCASL 为代表,可在飞利浦商用MR平台上实现。飞利浦3D pCASL采用专利四脉冲背景抑制技术识别并消除背景噪声,极大地提高了图像的信噪比,相比pASL有约50%信噪比提高;此外,传统的动脉自旋标记的信噪比较弱,需要重复多次采集被标记控制的图像并取平均值,以确保有足够的信噪比,为了得到令人满意的信噪比和限制快速采集时的运动伪影,3D pCASL结合飞利浦MR优势的dS SENSE并行采集技术,利用超快速、单次结合梯度回波和自旋回波采集 3D 序列(GRASE),从而可以获得更好的信噪比,比 2D-ASL有更好的覆盖范围和更少的磁化率伪影,能够明显提高脑灌注成像的图像质量,并确保了脑血流量测量的精确性,提升了科研的精准度。

飞利浦的3D pCASL采用专利四脉冲背景抑制技术(4RF-BS)识别并消除背景噪声,极大地提高了图像的信噪比

与传统的pASL技术相比,飞利浦3D pCASL可使信噪比提高约50%,确保脑血流量测量的精准性

       此外,3D pCASL较高的图像信噪比可用于各向同性高分辨率成像,进而行多平面重建,脑血流定量伪彩图可在主机及飞利浦ISP工作站中实现。

CBF彩色定量伪彩图可在主机及ISP工作站中实现,各向同性高分辨率成像可行多平面重建

      3D pCASL可提供CBF的定量信息,CBF是反映脑血管病血流动力学变化的重要参数,临床应用中可通过适当调整或者直接选择采用多个脉冲标记延迟时间(Post Labeling Delay,PLD)采集来动态观察脑血流量变化。当TIA患者常规MR头颅检查均为阴性时,可选择加扫3D pCASL进行观察判断。3D pCASL能够非常敏感地检测到TIA患者灌注异常,并能判断侧枝循环代偿情况,临床实践表明与常规注射对比剂的动态磁敏感对比增强灌注成像(Dynamic Susceptibility Contrast, DSC)比较更加敏感,在DSC阳性的患者中,3D pCASL脑血流图几乎全部能发现异常,而部分DSC阴性的患者3D pCASL也可以发现异常。利用3D pCASL能够敏感探测到脑缺血的优势,可结合DWI探测缺血半暗带的存在,能为临床开展积极救治提供重要信息。3D pCASL还可应用于脑血管病治疗后再灌注评估,包括溶栓治疗、血管内取栓、颈动脉内膜剥脱术及支架植入术,及时发现高灌注,预防高灌注损伤。发生颅内动脉瘤、动静脉畸形时在ASL上可表现为高灌注,ASL能发现动静脉分流,甚至发现很小的动静脉畸形,还能够发现病灶周围的异常灌注,如充血或者盗血。发育性静脉异常及其周围脑组织在ASL也表现为高灌注。此外3D pCASL可以应用于早期小血管病所致的脑白质血流量变化检测并进行量化分析。

3、4D Trance技术

      除了3D pCASL技术,飞利浦MR技术开发独具匠心,进一步实现了业界独有的基于ASL原理的MR血管成像技术4D TRANCE(Time-Resolved Angiography Non-contrast Enhanced sequence),能够以极高的时间分辨率实现全脑血管或单支脑血管选择性动态成像,达到了类似DSA的成像效果,从而开辟了无创的血管介入导航时代。

      4D可在不使用对比剂的前提下,通过ASL技术标记动脉血中氢质子,显示全脑血管形态及动态血流,不仅克服了传统pASL只能实现较小成像范围的局限,且达到了非常高的时间分辨率,其动态显示被标记血流通过颅内血管的全过程,对于评价病变区域血流动力学特征及侧枝代偿情况是非常有效、便捷的成像手段。

4DTRANCE技术具有非常高的时间分辨率,该图例为200ms

      此外,4D TRANCE可进行小视野单侧血管标记,标记层可以任意角度旋转,能单侧小视野标记颈内动脉、椎-基底动脉等感兴趣区,为颅内动脉供血区域的研究提供了新的方法。

      脑血管病如颈动脉狭窄-闭塞性疾病、颅内动静脉畸形(AVM)、颅内硬脑膜动静脉瘘(DAVF)、烟雾病等的解剖和血流动力学评估,以及供血动脉重建或代偿的状态判断对于疾病的准确诊断、有效治疗及远期随访至关重要。虽然DSA目前仍然是评估脑血管疾病的金标准,但是DSA检查是有创的,具有辐射,且容易引起碘剂过敏反应,4D TRANCE技术的出现可有效运用于上述疾病的评价并具有非常好的临床应用前景。

      4D TRANCE选择性的在体进行供血区域血管成像,通过提供客观的血流分布,结合血管成像应用于脑血管病治疗后血管再通的评估,包括溶栓治疗、血管内取栓、颈动脉内膜剥脱术及支架植入术后血管内血流恢复的观察。

      3D pCASL 联合 4D TRANCE 技术即飞利浦 4D ASL 技术的综合体现,能够同时实现全脑容积灌注及脑血管血流动态成像,这些信息可帮助临床进一步探索中枢神经系统疾病特别是脑血管病的病理生理机制,在疾病的诊疗、预后 评估等方面可发挥巨大的临床价值。

4、SWIp技术

      磁敏感加权成像本质是梯度回波序列,但与传统GRE采集技术不同,其分别采集幅值图信息和相位数据,并把处理后的相位信息叠加到幅值信息上,强调了组织间的磁敏感差异,形成的影像对比有别于传统的T1、T2 及PD加权图像,可充分显示组织之间内在的磁敏感特性的差异,如显示出血、静脉血、铁离子等的沉积等,目前主要用于中枢神经系统,对于血管畸形、微量出血、钙化与出血鉴别、组织铁含量评价等方面具有很高的临床价值。

      但是传统的SWI有一定的缺陷:受成像原理的限制,对非顺磁性的病变不敏感,飞利浦针对这种缺陷设计了不同的后处理方式,经过改进的磁敏感加权成像技术称之为SWIp,包括组织增强模式(Tissue Enhancement,TE)、血管增强模式(Vascular Enhancement,VE)以及相位差增强成像模式( Phase difference enhanced imaging, PADRE),可通过多回波采集,利用单次采集数据,采用不同算法的重建,选择性增强靶组织与周围组织之间的相位差异,不仅可以提高脑灰白质的对比,而且可以显示脑内小静脉,进而实现采集时间短,高信噪比、高分辨率磁敏感性加权对比图像,对静脉血敏感性高,相位图亦可用于诊断,具有更加丰富且可拓展的临床应用。





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