MRI影像学习笔记（二）

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广义的fMRI成像包括了弥散加权成像（DWI)，灌注加权成像（PWI)，磁共振波普成像（MRS)和血氧饱和水平依赖成像（BOLD）。而狭义的fMRI则单独指血氧饱和水平依赖成像（Blood Oxygen Level Dependent，BOLD）。

BOLD成像中，局部脑皮质在经特定的任务刺激（如感觉、运动、神经心理测试等）后，局部耗氧量增加，同时局部脑血流量增加比耗氧量增加更明显，这就导致局部氧合血红蛋白增多，脱氧血红蛋白相对少，从而在BOLD成像中表现出高信号。简单来说，BOLD成像能够反映大脑皮层中哪些区域处于活跃状态，从而使得研究人员能够将这些区域与当前受试者正在接受的外部刺激相关联，进行进一步研究。

对BOLD影像的观察通常融合T1加权影像一起观察，借助T1影像进行解剖结构定位。影像融合显示的方式可以是二维的，也可以是三维的。

*BOLD（彩色区域）与T1影像（灰色图像）融合

 

*BOLD影像与T1影像三维融合

DWI弥散加权成像 Diffusion Weighted Imaging

DWI是目前唯一能够测量人体水分子运动状态的方法，它可以通过检出水分子运动状态的改变，而发现含水组织学和生理学的早期改变。描述水分子活动能力一般采用ADC （表观扩散系数）值。ADC的具体计算方式稍显复杂，留待在以后的文章中说明。

DWI最早用于检出超早期脑梗死。下图为超急性脑梗在发病3小时后，进行T2W和DWI成像，并且对比显示的示例。可以看到，在DWI成像中，脑梗区域由于细胞肿大，而呈现很明显的高信号。

*急性脑梗T2加权与DWI影像对比

DWI目前还用于对肿瘤、脱髓鞘病、脑炎等的诊断。其原理为，恶性肿瘤细胞繁殖旺盛，细胞密度较高，细胞外容积减少，同时，细胞生物膜的限制和大分子物质如蛋白质对水分子的吸附作用也增强，这些综合因素阻止了恶性肿瘤内水分子的有效运动，限制了扩散，因而ADC值降低。良性病变细胞密度较低，细胞外间隙较大，则ADC值较高。正常组织的ADC值在6~8×10-4mmxmm/s。

DTI弥散张量成像Diffusion Tensor Imaging

DTI成像可用于显示脑白质内神经传导束的走行方向，实现对人的中枢神经纤维精细成像,是目前唯一可在活体显示脑白质纤维束的无创成像方法。借助DTI，可以观察脑纤维组织的完整性和连通性，利于诊断和评估各种疾病引起的白质纤维束受损程度及范围。

DTI影像的解读包括定量研究和定性观察。定量研究常用的指标包括描述各向同性的平均弥散系数（Average Diffusion Coefficient，ADC），以及描述各向异性程度的部分各向异性指数（Fractional Anisotropy，FA)、相对各向异性（Relative Anisotropy，RA)等。定性观察则包括二维的彩色弥散张量图，以及三维的纤维束追踪技术。

彩色弥散张量图是根据体素弥散的最大本征向量的方向决定白质纤维走行的原理，通过将X、Y、Z轴方向的主要本征向量分别配以红、绿、篮三种颜色。

*DTI彩色弥散张量图

 

纤维束追踪技术以三维影像显示脑白质中神经系统纤维和功能束的走行方向和立体形态，利用最大本征向量λ1对应纤维束传导方向将大脑中神经纤维束轨迹描出来，实现活体查看和研究中枢以及周围神经系统的神经通路的连接和连续性。该技术往往结合T1三维切面影像显示。

*DTI纤维束三维追踪显示

*DTI纤维束三维追踪显示与T1影像融合，图片来自飞利浦

PWI灌注Perfusion

人脑正常的神经心理和高级神经活动要求以一定的血流灌注为基础，灌注是指血流通过毛细血管网，将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的重要功能。MR PWI用来反映组织的微血管分布和血流灌注情况，可以提供血流动力学方面的信息。具有时间分辨率（小于2s即可包括全脑）和空间分辨率高，操作简单，无放射性，可以在短时间内重复进行的优点，具有良好的临床应用前景。

对灌注图像的分析通常依靠下述定量指标：

lRelative Cerebral Blood Volume (rCBV)，相对脑组织内微循环的血容积。

lRelative Cerebral Blood Flow (rCBF)，相对脑组织的血流速度，血流量。

lMean Transit Time (MTT)，平均通过时间，反映了脑组织血液微循环的通畅情况。

lTime to Peak (TPP)，达峰时间，指从造影剂到达开始到造影剂到达峰值的时间。

关于rCBV和rCBF中为什么加上“Relative”？请参考网页：

https://radiopaedia.org/articles/cerebral-blood-volume-cbv

https://radiopaedia.org/articles/cerebral-blood-flow-cbf

补充说明一下，在MRI有两种灌注方式。包括：1. 使用外源性示踪剂，即对比剂首过磁共振灌注成像法，以动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility weighted contrast enhanced，DSC）灌注成像最常用。2. 使用内源性示踪剂，即利用动脉血中的水质子作为内源性示踪剂的动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）法，由于不需注射对比剂，安全无创，因而有着较强的临床应用潜力。

内源性示踪剂，即利用动脉血中的水质子作为内源性示踪剂的动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）法，由于不需注射对比剂，安全无创，因而有着较强的临床应用潜力。

MRS 磁共振波谱分析 

是一种能够定量检测病变内化学物质的无创检查方法, 能从分子水平上反映组织的病理生理变化。在本质上，MRS与MRI物理原理是相同的；不同的是数据处理和数据显示方式的差别。MRI扫描中，一定时域内获得的信号被用于产生一个影像，如矢状、横轴和冠状等；MRS扫描中，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（Fourier Transform）产生一个质子成分按频率分布的波谱图，而此波谱图显示了构成该图像的各组成成分。

*不同组织波谱图

 

MRI 波谱中横坐标代表化学位移的大小,以磁共振频率的百万分之一( PPM)表示,纵坐标代表代谢产物的信号强度, 其中1H-MRS、 31P-MRS临床应用广泛。

对MRS进行观察，通常采用在T1影像中指定感兴趣区域，然后借助软件，观察感兴趣区域的波普曲线的方式。

*MRS图像示例

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