儿童脑部磁共振灌注成像技术的初步研究

郭岳霖，张远芳，饶海冰，郑文斌，刘国瑞

（汕头大学医学院第二附属医院CT、MRI室，广东 汕头 515041）

动态对比剂增强磁共振灌注成像（MR PWI）技术已应用于成人活体组织的血流灌注研究多年，并在脑部血管性和肿瘤性病变的诊断方面取得大量肯定性的研究成果，是目前临床分析患者脑部病变血流灌注的主要手段之一。但磁共振对比剂的注射剂量与速度及患者的个体性因素都会影响感兴趣区（ROI）对比剂的浓度和弹丸宽度，从而使PWI结果产生一定偏差，该情况在儿童患者最为突出。本实验将深入探讨排除个体因素差异造成的MR PWI结果偏差的后处理技术，研究MR PWI在儿童脑组织血流灌注分析应用的可行性及其方法。

1 材料与方法

1.1 研究对象与分组

研究组：前瞻性研究2008年6月～2010年10月于本院磁共振室行MR PWI检查患儿45例，男27例，女18例，年龄3~11岁，排除各种MRI检查禁忌证。其中大脑胶质瘤患儿9例，小脑胶质瘤患儿7例，脑干胶质瘤患儿2例，原发性癫痫患儿15例，高热惊厥患儿12例。研究组根据患儿体重分为4组，其中A组（≤10kg）4例，B组（＞10kg，≤20kg）11例，C组 （＞20kg，≤30kg）18例和D组 （＞30kg，≤40kg）12例。各实验组再根据造影剂注射速度分为2个亚组（表1）。所有研究病例经临床或手术病理证实。

表1 实验组与对照组非病灶区ROI的不同注射速度PWI数据统计表（±s）

表1 实验组与对照组非病灶区ROI的不同注射速度PWI数据统计表（±s）

注：1：相应实验亚组和对照组NEI值作独立样本t检验所得到的相应的t值和P值；2：相应实验亚组和对照组rNEI值作独立样本t检验所得到的相应的t值和P值。信号下降表示ROI的最大信号强度下降幅度，单位为%。

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对照组：搜集2008年6月～2010年10月于本院磁共振室行MR PWI检查成人患者20例，男13例，女7例，年龄21~54岁，体重＞40kg。其中大脑胶质瘤患者7例，小脑胶质瘤患者2例，脑干胶质瘤患者1例，脑膜瘤患者8例，原发性癫痫患者2例。所有研究病例经临床或手术病理证实。

1.2 研究方法

1.2.1 MR PWI扫描方法及造影剂注射方案

使用GE 1.5T HDx echo speed plus MRI扫描仪检查，头线圈，造影剂为马根维显（Gd－DTPA，德国先灵公司提供），常规T1WI、T2WI扫描后行PWI（GRE-EPI，TR 1500ms，TE 40ms，翻转角90°，矩阵128×128，FOV 24cm；取听眦线，层厚6mm，间距1mm，共14层基本图像；采用多层采集方式，每层采集50幅图像，共采集700幅，成像时间75s）扫描，实验组PWI检查技术：首先由选择好的最佳静脉通过18～24G套管针团注双倍剂量 （0.2mmol/kg）Gd－DTPA，注射速度由护士判断受检儿童血管情况与研究者共同探讨决定，范围2～4ml/s；造影剂注射结束后以相同速度注入生理盐水20ml。对照组团注双倍剂量（0.2mmol/kg）Gd－DTPA，注射速度4ml/s。

1.2.2 MR PWI数据后处理方法

MR PWI扫描结束后，图像资料传送到磁共振工作站 （GE Advantage workstation AW4.3），用functool perfusion软件后处理得到负性增强积分（NEI）伪彩图，其中 NEI相当于局部脑血流量（rCBV）；以NEI伪彩图为参考图像，在双侧半卵圆中心、放射冠、基底节区豆状核、桥脑及小脑半球白质区各取一对镜像ROI作为研究区域；脑部存在异常灌注区患者加取其病灶内最高和最低灌注区及其相应镜像区域作为研究区域（图1）。计算时采用左侧和右侧ROI的NEI值的比值或病变侧和正常对侧ROI的NEI值的比值得到相对负性增强积分（rNEI）。

1.3 数据分析

采用单盲法由2位主治以上医师利用SPSS 11.0对MR PWI数据进行独立样本t检验，分析内容包括：不同体重组儿童中不同造影剂注射速度对NEI和rNEI的影响。

2 结果

各实验组亚组非病灶区ROI的平均最大信号强度下降幅度各不相同（表1），其中A1组平均最大信号强度下降幅度为15.53%±1.19%，基本能形成PWI信号-时间曲线，流入-流出曲线可辨认，但流入点和流出点不明显 （图2a）；B1组平均最大信号强度下降幅度仅为8.53%±2.27%，未能形成良好的PWI信号-时间曲线，流入-流出曲线不明显 （图2b）；其他各实验亚组及对照组的平均最大信号强度下降幅度均＞20%，流入-流出曲线良好，流入点和流出点明确（图2c，2d）。

经独立样本t检验，各实验组亚组非病灶区ROI的NEI值和对照组的差异均具有显著的统计学意义 （P＜0.001）；各实验组亚组非病灶区ROI的rNEI值和对照组的差异无显著的统计学意义 （P＞0.001）。

3 讨论

3.1 MR PWI的研究现状及其局限性

人脑正常生理活动均以一定的血流灌注为基础，脑组织的各种病变亦常伴随不同的血流灌注的异常，而且通常血流灌注异常发生于形态学改变之前，因此发展活体的脑血流灌注检查技术对脑部病变的早期诊断及鉴别诊断均具有重要的意义[1-2]。MR PWI技术利用顺磁性造影剂首过毛细血管网引起周围组织局部磁场短暂变化进行成像，是目前临床研究患者脑部病变血流灌注的主要手段之一，并在脑部血管性和肿瘤性病变的诊断方面取得大量肯定性的研究成果。因其具有无放射性、操作简单、检查费用相对较低、时间与空间分辨率高等优点，PWI已逐步取代SPECT和PET成为目前临床分析患者脑部病变血流灌注的主要手段之一[1-6]。

由于磁共振信号特点所决定，MR PWI不可能像CT PWI一样，利用CT值的测量达到脑组织血流灌注绝对定量分析，只是一种半定量测量技术。目前研究表明MR PWI的参数中仅rCBV（即NEI）较为准确，而且影响因素众多，磁共振对比剂的注射剂量与速度及患者的个体因素都会影响ROI对比剂的浓度和弹丸宽度从而使PWI结果产生一定偏差，另外磁共振机器的型号、状态、MR PWI技术参数的选择及邻近结构的磁敏感伪影等都会对MR PWI的结果产生不同程度的影响。因此MR PWI研究时一般认为在相同的磁共振机器型号的前提下，必须使用相同的造影剂注射剂量与速度，结果才有可比性[1-2，6-8]。

3.2 儿童脑部MR PWI血流灌注分析的可行性及其方法

儿童脑部MR PWI是上述多种影响因素并存的一个特例，不同患儿的体重、血容量、心搏出量及造影剂的注射剂量与速度均各不相同，MR PWI扫描与结果分析的技术难度巨大，目前关于儿童脑部MR PWI血流灌注分析的研究仅见个例报道，未见其系统研究的相关文献[9-12]。本研究利用不同造影剂注射方案及不同MR PWI后处理技术组合应用于不同体重患儿脑部MR PWI扫描与数据分析，旨在探讨PWI在儿童脑组织血流灌注分析应用的可行性及其研究方法。

MR PWI的成功扫描及合理的造影剂注射剂量与速度是有效的儿童脑部MR PWI血流灌注分析的前提[1-2，9-12]。由于MRI检查和环境的特殊性，大部分患儿检查前充分的药物镇静是必须的，特别是年龄较小、情绪不稳定及经心理护理无效者。对于儿童患者，MRI造影剂 （Gd－DTPA）推荐使用双倍剂量（0.2mmol/kg），注射速度由护士判断受检儿童血管情况决定，尽可能使用患儿静脉所能负荷的最大号针头和最高速度注射，范围2～4ml/s。本研究表明体重＜20kg的患儿MR PWI扫描难度最大，造影剂注射速度须达到3ml/s以上时能形成良好的MR PWI信号-时间曲线（最大信号下降幅度＞20%，流入-流出曲线良好，流入点和流出点明确）；造影剂注射速度为2ml/s时，仅适用于体重＜10kg的患儿，基本能形成MR PWI信号-时间曲线 （最大信号下降幅度10%～20%，流入-流出曲线可辨认，但流入点和流出点不明显）；体重10～20kg患儿使用2ml/s的造影剂注射速度未能形成良好的PWI信号-时间曲线 （最大信号下降幅度＜10%，流入-流出曲线不明显，流入点和流出点不能确定）。体重＞20kg患儿必须使用＞3ml/s的造影剂注射速度才能形成良好的MR PWI信号-时间曲线，推荐速度为4ml/s。

MR PWI参数和后处理技术的合理选择是有效的儿童脑部MR PWI血流灌注分析的关键[7-12]。NEI值是成人脑部MR PWI分析的首选参数，但前提是具备统一的MRI造影剂注射剂量与速度。对于儿童患者，MRI造影剂注射剂量与速度存在不确定性，单纯的NEI值显然是不适合的，本研究表明，各不同体重组患儿NEI值的偏差显著 （标准差13.69～22.54），与对照组的差异具有显著的统计学意义（P＜0.001）；而利用同体镜像ROI的NEI比值即rNEI分析儿童脑部PWI数据可基本排除个体因素差异造成的MR PWI结果偏差，各不同体重组患儿rNEI值的偏差不明显（标准差0.05～0.08），与对照组的差异无显著的统计学意义（P＞0.001）。

3.3 MR PWI在儿童脑部病变诊断的应用前景

本实验初步研究表明rNEI能有效分析不同体重组患儿脑部血流灌注情况，使MR PWI应用于儿童脑部病变的诊断成为可能。本研究实验组45例患儿，18个胶质瘤病灶，36个ROI，其中高灌注区29个 （包括18个胶质瘤周边区和11个胶质瘤中央区）；低灌注或无灌注区7个（包括7个胶质瘤中央坏死区），结果与对照组研究结果及文献报道基本一致[9-12]。各种病变的MR PWI灌注特点及其临床价值有待更系统的病例积累和病理学相关性研究以进一步完善。

本实验系统地研究了儿童脑部MR PWI的扫描方案、MRI造影剂的注射方案、MR PWI参数的选择及后处理技术的应用；初步研究表明在特定的条件下MR PWI能有效分析不同体重儿童脑部血流灌注情况，为MR PWI在儿科领域的应用研究迈出重要的一步，为儿童脑部疾病血流灌注分析提供一种更经济、有效、无创的方法。

[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.