兒童腦部磁共振灌注成像技術的初步研究

郭岳霖，張遠芳，饒海冰，鄭文斌，劉國瑞

（汕頭大學醫學院第二附屬醫院CT、MRI室，廣東 汕頭 515041）

動態對比劑增強磁共振灌注成像（MR PWI）技術已應用于成人活體組織的血流灌注研究多年，并在腦部血管性和腫瘤性病變的診斷方面取得大量肯定性的研究成果，是目前臨床分析患者腦部病變血流灌注的主要手段之一。但磁共振對比劑的注射劑量與速度及患者的個體性因素都會影響感興趣區（ROI）對比劑的濃度和彈丸寬度，從而使PWI結果產生一定偏差，該情況在兒童患者最為突出。本實驗將深入探討排除個體因素差異造成的MR PWI結果偏差的后處理技術，研究MR PWI在兒童腦組織血流灌注分析應用的可行性及其方法。

1 材料與方法

1.1 研究對象與分組

研究組：前瞻性研究2008年6月～2010年10月于本院磁共振室行MR PWI檢查患兒45例，男27例，女18例，年齡3~11歲，排除各種MRI檢查禁忌證。其中大腦膠質瘤患兒9例，小腦膠質瘤患兒7例，腦干膠質瘤患兒2例，原發性癲癇患兒15例，高熱驚厥患兒12例。研究組根據患兒體重分為4組，其中A組（≤10kg）4例，B組（＞10kg，≤20kg）11例，C組 （＞20kg，≤30kg）18例和D組 （＞30kg，≤40kg）12例。各實驗組再根據造影劑注射速度分為2個亞組（表1）。所有研究病例經臨床或手術病理證實。

表1 實驗組與對照組非病灶區ROI的不同注射速度PWI數據統計表（±s）

表1 實驗組與對照組非病灶區ROI的不同注射速度PWI數據統計表（±s）

注：1：相應實驗亞組和對照組NEI值作獨立樣本t檢驗所得到的相應的t值和P值；2：相應實驗亞組和對照組rNEI值作獨立樣本t檢驗所得到的相應的t值和P值。信號下降表示ROI的最大信號強度下降幅度，單位為%。

?

對照組：搜集2008年6月～2010年10月于本院磁共振室行MR PWI檢查成人患者20例，男13例，女7例，年齡21~54歲，體重＞40kg。其中大腦膠質瘤患者7例，小腦膠質瘤患者2例，腦干膠質瘤患者1例，腦膜瘤患者8例，原發性癲癇患者2例。所有研究病例經臨床或手術病理證實。

1.2 研究方法

1.2.1 MR PWI掃描方法及造影劑注射方案

使用GE 1.5T HDx echo speed plus MRI掃描儀檢查，頭線圈，造影劑為馬根維顯（Gd－DTPA，德國先靈公司提供），常規T1WI、T2WI掃描后行PWI（GRE-EPI，TR 1500ms，TE 40ms，翻轉角90°，矩陣128×128，FOV 24cm；取聽眥線，層厚6mm，間距1mm，共14層基本圖像；采用多層采集方式，每層采集50幅圖像，共采集700幅，成像時間75s）掃描，實驗組PWI檢查技術：首先由選擇好的最佳靜脈通過18～24G套管針團注雙倍劑量 （0.2mmol/kg）Gd－DTPA，注射速度由護士判斷受檢兒童血管情況與研究者共同探討決定，范圍2～4ml/s；造影劑注射結束后以相同速度注入生理鹽水20ml。對照組團注雙倍劑量（0.2mmol/kg）Gd－DTPA，注射速度4ml/s。

1.2.2 MR PWI數據后處理方法

MR PWI掃描結束后，圖像資料傳送到磁共振工作站 （GE Advantage workstation AW4.3），用functool perfusion軟件后處理得到負性增強積分（NEI）偽彩圖，其中 NEI相當于局部腦血流量（rCBV）；以NEI偽彩圖為參考圖像，在雙側半卵圓中心、放射冠、基底節區豆狀核、橋腦及小腦半球白質區各取一對鏡像ROI作為研究區域；腦部存在異常灌注區患者加取其病灶內最高和最低灌注區及其相應鏡像區域作為研究區域（圖1）。計算時采用左側和右側ROI的NEI值的比值或病變側和正常對側ROI的NEI值的比值得到相對負性增強積分（rNEI）。

1.3 數據分析

采用單盲法由2位主治以上醫師利用SPSS 11.0對MR PWI數據進行獨立樣本t檢驗，分析內容包括：不同體重組兒童中不同造影劑注射速度對NEI和rNEI的影響。

2 結果

各實驗組亞組非病灶區ROI的平均最大信號強度下降幅度各不相同（表1），其中A1組平均最大信號強度下降幅度為15.53%±1.19%，基本能形成PWI信號-時間曲線，流入-流出曲線可辨認，但流入點和流出點不明顯 （圖2a）；B1組平均最大信號強度下降幅度僅為8.53%±2.27%，未能形成良好的PWI信號-時間曲線，流入-流出曲線不明顯 （圖2b）；其他各實驗亞組及對照組的平均最大信號強度下降幅度均＞20%，流入-流出曲線良好，流入點和流出點明確（圖2c，2d）。

經獨立樣本t檢驗，各實驗組亞組非病灶區ROI的NEI值和對照組的差異均具有顯著的統計學意義 （P＜0.001）；各實驗組亞組非病灶區ROI的rNEI值和對照組的差異無顯著的統計學意義 （P＞0.001）。

3 討論

3.1 MR PWI的研究現狀及其局限性

人腦正常生理活動均以一定的血流灌注為基礎，腦組織的各種病變亦常伴隨不同的血流灌注的異常，而且通常血流灌注異常發生于形態學改變之前，因此發展活體的腦血流灌注檢查技術對腦部病變的早期診斷及鑒別診斷均具有重要的意義[1-2]。MR PWI技術利用順磁性造影劑首過毛細血管網引起周圍組織局部磁場短暫變化進行成像，是目前臨床研究患者腦部病變血流灌注的主要手段之一，并在腦部血管性和腫瘤性病變的診斷方面取得大量肯定性的研究成果。因其具有無放射性、操作簡單、檢查費用相對較低、時間與空間分辨率高等優點，PWI已逐步取代SPECT和PET成為目前臨床分析患者腦部病變血流灌注的主要手段之一[1-6]。

由于磁共振信號特點所決定，MR PWI不可能像CT PWI一樣，利用CT值的測量達到腦組織血流灌注絕對定量分析，只是一種半定量測量技術。目前研究表明MR PWI的參數中僅rCBV（即NEI）較為準確，而且影響因素眾多，磁共振對比劑的注射劑量與速度及患者的個體因素都會影響ROI對比劑的濃度和彈丸寬度從而使PWI結果產生一定偏差，另外磁共振機器的型號、狀態、MR PWI技術參數的選擇及鄰近結構的磁敏感偽影等都會對MR PWI的結果產生不同程度的影響。因此MR PWI研究時一般認為在相同的磁共振機器型號的前提下，必須使用相同的造影劑注射劑量與速度，結果才有可比性[1-2，6-8]。

3.2 兒童腦部MR PWI血流灌注分析的可行性及其方法

兒童腦部MR PWI是上述多種影響因素并存的一個特例，不同患兒的體重、血容量、心搏出量及造影劑的注射劑量與速度均各不相同，MR PWI掃描與結果分析的技術難度巨大，目前關于兒童腦部MR PWI血流灌注分析的研究僅見個例報道，未見其系統研究的相關文獻[9-12]。本研究利用不同造影劑注射方案及不同MR PWI后處理技術組合應用于不同體重患兒腦部MR PWI掃描與數據分析，旨在探討PWI在兒童腦組織血流灌注分析應用的可行性及其研究方法。

MR PWI的成功掃描及合理的造影劑注射劑量與速度是有效的兒童腦部MR PWI血流灌注分析的前提[1-2，9-12]。由于MRI檢查和環境的特殊性，大部分患兒檢查前充分的藥物鎮靜是必須的，特別是年齡較小、情緒不穩定及經心理護理無效者。對于兒童患者，MRI造影劑 （Gd－DTPA）推薦使用雙倍劑量（0.2mmol/kg），注射速度由護士判斷受檢兒童血管情況決定，盡可能使用患兒靜脈所能負荷的最大號針頭和最高速度注射，范圍2～4ml/s。本研究表明體重＜20kg的患兒MR PWI掃描難度最大，造影劑注射速度須達到3ml/s以上時能形成良好的MR PWI信號-時間曲線（最大信號下降幅度＞20%，流入-流出曲線良好，流入點和流出點明確）；造影劑注射速度為2ml/s時，僅適用于體重＜10kg的患兒，基本能形成MR PWI信號-時間曲線 （最大信號下降幅度10%～20%，流入-流出曲線可辨認，但流入點和流出點不明顯）；體重10～20kg患兒使用2ml/s的造影劑注射速度未能形成良好的PWI信號-時間曲線 （最大信號下降幅度＜10%，流入-流出曲線不明顯，流入點和流出點不能確定）。體重＞20kg患兒必須使用＞3ml/s的造影劑注射速度才能形成良好的MR PWI信號-時間曲線，推薦速度為4ml/s。

MR PWI參數和后處理技術的合理選擇是有效的兒童腦部MR PWI血流灌注分析的關鍵[7-12]。NEI值是成人腦部MR PWI分析的首選參數，但前提是具備統一的MRI造影劑注射劑量與速度。對于兒童患者，MRI造影劑注射劑量與速度存在不確定性，單純的NEI值顯然是不適合的，本研究表明，各不同體重組患兒NEI值的偏差顯著 （標準差13.69～22.54），與對照組的差異具有顯著的統計學意義（P＜0.001）；而利用同體鏡像ROI的NEI比值即rNEI分析兒童腦部PWI數據可基本排除個體因素差異造成的MR PWI結果偏差，各不同體重組患兒rNEI值的偏差不明顯（標準差0.05～0.08），與對照組的差異無顯著的統計學意義（P＞0.001）。

3.3 MR PWI在兒童腦部病變診斷的應用前景

本實驗初步研究表明rNEI能有效分析不同體重組患兒腦部血流灌注情況，使MR PWI應用于兒童腦部病變的診斷成為可能。本研究實驗組45例患兒，18個膠質瘤病灶，36個ROI，其中高灌注區29個 （包括18個膠質瘤周邊區和11個膠質瘤中央區）；低灌注或無灌注區7個（包括7個膠質瘤中央壞死區），結果與對照組研究結果及文獻報道基本一致[9-12]。各種病變的MR PWI灌注特點及其臨床價值有待更系統的病例積累和病理學相關性研究以進一步完善。

本實驗系統地研究了兒童腦部MR PWI的掃描方案、MRI造影劑的注射方案、MR PWI參數的選擇及后處理技術的應用；初步研究表明在特定的條件下MR PWI能有效分析不同體重兒童腦部血流灌注情況，為MR PWI在兒科領域的應用研究邁出重要的一步，為兒童腦部疾病血流灌注分析提供一種更經濟、有效、無創的方法。

[1]Cha S.Perfusion MR imaging:basic principles and clinical applications[J].Magn Reson Imaging Clin N Am,2003,11(3):403-413.

[2]Petrella JR,Provenzale JM.MR perfusion imaging of the brain: techniques and applications[J].AJR,2000,175:207-219.

[3]Sentürk S,Ouz KK,Cila A.Dynamic contrast-enhanced susceptibility-weighted perfusion imaging of intracranial tumors:a study using a 3T MR scanner[J].Diagn Interv Radiol,2009,15(1):3-12.

[4]Calli C,Kitis O,Yunten N,et al.Perfusion and diffusion MR imaging in enhancing malignant cerebral tumors[J].Eur J Radiol, 2006,58(3):394-403.

[5]Hakyemez B,Erdogan C,Bolca N,et al.Evaluation of different cerebral mass lesions by perfusion-weighted MR imaging[J].J Magn Reson Imaging,2006,24(4):817-824.

[6]Law M,Young RJ,Babb JS,et al.Gliomas:predicting time to progression or survival with cerebral blood volume measurements at dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced perfusion MR imaging[J].Radiology,2008,247(2):490-498.

[7]Rizzo L,Crasto SG,Moruno PG,et al.Role of diffusion-and perfusion-weighted MR imaging for brain tumor characterization [J].Radiol Med,2009,114(4):645-659.

[8]Provenzale JM,York G,Moya MG,et al.Correlation of relative permeability and relative cerebral blood volume in high-grade cerebral neoplasms[J].AJR,2006,187(4):1036-1042.

[9]Yun TJ,Cheon JE,Na DG,et al.Childhood moyamoya disease: quantitativeevaluation ofperfusion MR imaging——correlation with clinical outcome after revascularization surgery[J].Radiology, 2009,251(1):216-223.

[10]Chen J,LichtDJ,Smith SE,etal.Arterialspin labeling perfusion MRIin pediatric arterialischemic stroke:initial experiences[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(2):282-290.

[11]Rao P.Role of MRI in pediatric neurooncology[J].Eur J Radiol, 2008,68(2):259-270.

[12]WidjajaE,Wilkinson ID,GriffithsPD.Magnetic resonance perfusion imaging in malformations of cortical development[J]. Acta Radiol,2007,48(8):907-917.