stringtranslate.com

Маркировка артериального спина

Маркировка артериального спина (ASL), также известная как маркировка артериального спина , представляет собой метод магнитно-резонансной томографии, используемый для количественной оценки перфузии церебральной крови путем маркировки воды в крови, когда она течет по всему мозгу. ASL конкретно относится к магнитной маркировке артериальной крови под или на пластине визуализации без необходимости использования гадолиниевого контраста . [1] Возможны несколько схем ASL, самой простой из которых является восстановление с инверсией попеременного потока (FAIR), которое требует двух измерений идентичных параметров, за исключением насыщения вне среза; разница в двух изображениях теоретически обусловлена ​​только притекающими спинами и может рассматриваться как « карта перфузии ». [2] Техника ASL была разработана Джоном С. Ли-младшим, Джоном А. Детре, Дональдом С. Уильямсом и Аланом П. Корецки в 1992 году. [3] [4] [5] [6]

Физика

Маркировка артериального спина использует молекулы воды, циркулирующие в мозге, и с помощью радиочастотного импульса отслеживает воду в крови, когда она циркулирует по всему мозгу. По истечении периода времени в микросекундах (достаточного, чтобы кровь могла циркулировать в мозге) фиксируется изображение «метки». «Контрольное» изображение также получается перед маркировкой воды крови. Метод вычитания дает измерение перфузии. Чтобы увеличить SNR , коллекции изображений контроля и метки могут быть усреднены. Существуют и другие характеристики МРТ, которые могут увеличить отношение сигнал/шум, например, количество катушек головки МРТ или более сильная напряженность поля (3 Тл является стандартным, но 1,5 Тл является удовлетворительным). Чтобы правильно масштабировать значения перфузии в единицах мозгового кровотока (CBF, мл/100 г/1 мин), рекомендуется получить отдельную карту протонной плотности с теми же параметрами (но с более длинным TR для полного расслабления вращений крови) как хорошо. Альтернативно, среднее контрольное изображение может использоваться для генерации CBF, как в случае с показаниями Phillips pCASL. Обычно подавление фона также применяется для увеличения SNR. Из-за различных вариантов каждой реализации рекомендуется, чтобы в большом исследовании с несколькими сканерами был разработан протокол, сводящий к минимуму разнообразие методов считывания, используемых каждым сканером.

Одно исследование показало, что, хотя при использовании разных методов считывания существуют различия в вокселах, средние значения CBF серого вещества по-прежнему сопоставимы. Различия в SNR очевидны при сравнении каждого воксела, но в совокупности они незначительны. [7] [ важность примера(ов)? ]

Непрерывная маркировка артериального спина

При непрерывном мечении артериального спина (CASL) вода в крови переворачивается, когда она течет через мозг в одной плоскости. CASL характеризуется одним длинным импульсом (около 1–3) секунд. Это может быть невыгодно для некоторых сканеров, которые не рассчитаны на поддержание столь длительного радиочастотного импульса и, следовательно, потребуют настройки радиочастотного усилителя . Это исправляется с помощью псевдонепрерывной артериальной спиновой маркировки (pCASL), где один длинный импульс заменяется несколькими (до тысячи) миллисекундными импульсами. Это приводит к более высокой эффективности маркировки. pCASL является предпочтительной реализацией ASL. [8] Для pCASL существуют разные модули считывания, в зависимости от используемого сканера: 2D pCASL обычно реализуется для всех сканеров, а 3D-стек спиралей pCASL реализуется в сканерах GE .

Импульсная артериальная спиновая маркировка

При пульсовой артериальной маркировке (PASL) вода в крови переворачивается, когда она проходит через маркировочную плиту (от 15 до 20 см), а не через плоскость. Существуют различные варианты этой реализации, включая EPISTAR, PICORE и PULSAR. Большинство сканеров спроектированы так, чтобы использовать PASL для исследовательских целей.

Маркировка спинов артерий, селективная по скорости

Избирательное по скорости мечение артериальных спинов — это стратегия, которая все еще требует проверки. Избирательное по скорости мечение спина артерий выгодно в популяции, где кровоток может быть затруднен (например, инсульт), поскольку мечение происходит ближе к капиллярам. Это позволяет сократить период затухания маркировки сообщений. [9]

Диффузионно-подготовленная псевдонепрерывная маркировка спинов артерий (DP-pCASL)

Псевдонепрерывный ASL, полученный диффузией (DP-pCASL), представляет собой более позднюю вариантную последовательность ASL, которая магнитно маркирует молекулы воды и измеряет их движение через комплекс гематоэнцефалический барьер, что позволяет рассчитать скорость обмена воды (кВт). [10] [11] kw используется в качестве замены функции ГЭБ и проницаемости. Обмен воды через ГЭБ опосредован рядом процессов, включая пассивную диффузию, активный котранспорт через эндотелиальную мембрану и преимущественно облегченную диффузию через специальный водный канал аквапорин-4 (AQP4). В нескольких исследованиях изучалось использование DP-pCASL при цереброваскулярных заболеваниях, включая острый ишемический инсульт, [12] CADASIL, [13] наследственное заболевание мелких сосудов головного мозга [14], а также на животных моделях. [15]

Анализ изображений ASL

Карты ASL в основном можно анализировать с использованием тех же инструментов, что и для анализа фМРТ и ВБМ . Для помощи в анализе ASL было разработано множество наборов инструментов, специфичных для ASL, таких как BASIL (байесовский вывод для МРТ с маркировкой спина артерий), часть пакета нейровизуализации FSL , а также набор инструментов ASL Зе Ванга (с использованием MATLAB) для помощи в вычитании и усреднении. пар тег/контроль. [16] Часто требуется проверка визуального качества, чтобы убедиться в достоверности карты перфузии (например, правильная регистрация или правильная сегментация нецеребральных материалов, таких как твердая мозговая оболочка ). Весь мозговой/воксельный подход можно проанализировать, зарегистрировав карту ASL в пространстве MNI для групповых сравнений. Подход к области интереса можно проанализировать путем регистрации карты ASL в выбранном кластере или атласе , например стандартном (например, Гарвард-Оксфордский кортикальный атлас) или индивидуальном атласе, разработанном с помощью такого программного обеспечения, как FreeSurfer . Рекомендуемая процедура регистрации ASL для воксельного анализа заключается в регистрации карты перфузии для сегментации серого вещества каждого человека в нежесткой процедуре. [ нужна цитата ]

Серое вещество часто требует большей оксигенации и является источником большей активности мозга по сравнению с белым веществом . Следовательно, CBF серого вещества часто выше, чем CBF белого вещества. Единственное значение CBF серого вещества часто выделяют, чтобы дать широкий обзор различий CBF. CBF серого и белого вещества можно локализовать с помощью атласов или Freesurfer .

Функциональное соединение ASL может быть спроектировано с параметрами, обеспечивающими длительное время сканирования. Исследования показали, что ASL хорошо дополняет результаты фМРТ в состоянии покоя, но может меньше различать сети покоящегося мозга (например, сеть режима по умолчанию ). [17]

Сравнение с фМРТ

Функциональная МРТ (фМРТ) была методом выбора для визуализации активности мозга и использует преимущества ряда методов, которые можно использовать для ее интерпретации. Однако сигнал, который получает фМРТ, является ЖИРНЫМ сигналом, который напрямую не коррелирует с кровотоком. С другой стороны, церебральный кровоток делает это, что позволяет проводить анализ сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) и воспалительных факторов риска, а также расстройств (таких как шизофрения и биполярное расстройство ), которые имеют коморбидные эффекты с ССЗ. [18] ASL-визуализация может быть полезным инструментом в дополнение к фМРТ, и наоборот.

Клиническое использование

При инфаркте головного мозга в полутени снижается перфузия. [19] Помимо острых и хронических нейрососудистых заболеваний, ценность ASL была продемонстрирована при опухолях головного мозга , эпилепсии и нейродегенеративных заболеваниях , таких как болезнь Альцгеймера , лобно-височная деменция и болезнь Паркинсона . [20] Кроме того, DP-pCASL имеет многообещающий потенциал для оценки целостности гематоэнцефалического барьера у пациентов с ишемическим инсультом. [21]

Хотя в первичной форме фМРТ используется контраст , зависящий от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), [22] ASL является еще одним методом получения контраста. [23]

Были проведены исследования по применению ASL для визуализации почек, [24] поджелудочной железы, [25] и плаценты. Проблемой для такой нецеребральной перфузии является движение, вызванное дыханием. Кроме того, сегментация этих конкретных органов развита гораздо меньше, поэтому исследования являются относительно небольшими.

Безопасность

ASL в целом является безопасным методом, хотя травмы могут возникнуть в результате невыполнения мер безопасности или человеческой ошибки, как и другие методы МРТ. [26]

ASL, как и другие методы МРТ, генерирует изрядное количество акустического шума во время сканирования, поэтому рекомендуется использовать беруши.

Рекомендации

  1. ^ Фортин Ф., Гайяр Ф. «Маркировка артериального спина (ASL) МР-перфузия». Радиопедия . Проверено 15 октября 2017 г.
  2. ^ «Маркировка артериального спина». Университет Мичигана . Проверено 27 октября 2017 г.
  3. ^ Уильямс, Д.С.; Детре, Дж.А.; Ли, Дж. С.; Корецкий, А.П. (1 января 1992 г.). «Магнитно-резонансная томография перфузии с использованием спиновой инверсии артериальной воды». Труды Национальной академии наук . 89 (1): 212–216. Бибкод : 1992PNAS...89..212W. дои : 10.1073/pnas.89.1.212 . ISSN  0027-8424. ПМК 48206 . ПМИД  1729691. 
  4. ^ Детре, Джон А.; Ли, Джон С.; Уильямс, Дональд С.; Корецкий, Алан П. (январь 1992 г.). «Перфузионная визуализация». Магнитный резонанс в медицине . 23 (1): 37–45. дои : 10.1002/mrm.1910230106. ISSN  0740-3194. PMID  1734182. S2CID  260421572.
  5. ^ Ли, Дж. С., Детре, Дж. А., Уильямс, Д. С., Корецкий, А. П. «Методы измерения перфузии с использованием магнитно-резонансной томографии» Патент США № 5,402,785 (1995).
  6. ^ Корецкий А.П. (август 2012 г.). «Ранняя разработка маркировки артериального спина для измерения регионального мозгового кровотока с помощью МРТ». НейроИмидж . 62 (2): 602–7. doi :10.1016/j.neuroimage.2012.01.005. ПМК 4199083 . ПМИД  22245338. 
  7. ^ Недервин, Аарт Дж.; Смитс, Мэрион; Маджуа, Чарльз БЛМ; Ош, фургон Матиаса Дж. П.; Куйер, Йост, Пенсильвания; Хейтель, Деннис ФР; Стекти, Ребекка М.Э.; Муцаертс, Анри ЖММ (4 августа 2014 г.). «Воспроизводимость псевдонепрерывного артериального спина при силе 3 Тесла» между поставщиками. ПЛОС ОДИН . 9 (8): е104108. Бибкод : 2014PLoSO...9j4108M. дои : 10.1371/journal.pone.0104108 . ISSN  1932-6203. ПМК 4121318 . ПМИД  25090654. 
  8. ^ Олсоп, Дэвид С.; Детре, Джон А.; Голей, Ксавье; Гюнтер, Матиас; Хендриксе, Йерун; Эрнандес-Гарсия, Луис; Лу, Ханьчжан; Макинтош, Брэдли Дж.; Паркс, Лаура М. (январь 2015 г.). «Рекомендуемое внедрение перфузионной МРТ с мечением артериального спина для клинического применения: консенсус группы исследования перфузии ISMRM и Европейского консорциума по ASL при деменции». Магнитный резонанс в медицине . 73 (1): 102–116. дои : 10.1002/mrm.25197. ISSN  1522-2594. ПМК 4190138 . ПМИД  24715426. 
  9. ^ Шмид, Софи; Хейтель, Деннис ФР; Мутсартс, Анри ЖММ; Буэллард, Рональд; Ламмертсма, Адриан А.; Недервин, Аарт Дж.; ван Ош, Маттиас Дж. П. (август 2015 г.). «Сравнение селективной по скорости и ускорению маркировки спинов артерий с позитронно-эмиссионной томографией [15O]H2O». Журнал церебрального кровотока и метаболизма . 35 (8): 1296–1303. дои : 10.1038/jcbfm.2015.42. ISSN  1559-7016. ПМК 4528003 . ПМИД  25785831. 
  10. ^ Шао, Синфэн; Янн, Кей; Ма, Саманта Дж.; Ян, Лижун; Монтань, Аксель; Рингман, Джон М.; Злокович, Берислав В.; Ван, Дэнни Джей-Джей (30 ноября 2020 г.). «Сравнение скорости водообмена гематоэнцефалического барьера и проницаемости для контрастного вещества на основе гадолиния в группе пожилых людей». Границы в неврологии . 14 . дои : 10.3389/fnins.2020.571480 . ПМЦ 7733970 . ПМИД  33328848. 
  11. ^ Шао, Синфэн; Ма, Саманта Дж.; Кейси, Марлен; Д'Орацио, Лина; Рингман, Джон М.; Ван, Дэнни Джей-Джей (май 2019 г.). «Картирование водного обмена через гематоэнцефалический барьер с использованием 3D-диффузионной перфузионной МРТ с мечением артериального спина». Магнитный резонанс в медицине . 81 (5): 3065–3079. дои : 10.1002/mrm.27632. ПМК 6414249 . ПМИД  30561821. 
  12. ^ Муштурис, Николаос; Эйлс, Исайя; Гуч, Рид; Раймондо, Кристиан; Огли, Язан Шамли; Тьюмакарис, Ставропула; Джаббур, Паскаль; Розенвассер, Роберт; Ализаде, Махди (июнь 2024 г.). «Количественная оценка проницаемости гематоэнцефалического барьера у пациентов с ишемическим инсультом с помощью безконтрастной МРТ». Магнитно-резонансная томография . 109 : 165–172. дои : 10.1016/j.mri.2024.03.027. ПМИД  38513785.
  13. ^ Линг, Чен; Чжан, Цзиньюань; Шао, Синфэн; Бай, Ли; Ли, Чжисинь; Сунь, Юньчуан; Ли, Фан; Ван, Чжаося; Сюэ, Ронг; Чжо, Ян; Ян, Ци; Чжан, Цзыхао; Ван, Дэнни Джей-Джей; Юань, Юн (26 апреля 2023 г.). «Диффузионно-подготовленная псевдонепрерывная маркировка спинов артерий выявляет дисфункцию гематоэнцефалического барьера у пациентов с CADASIL». Европейская радиология . 33 (10): 6959–6969. дои : 10.1007/s00330-023-09652-7. PMC  10567537. PMID  37099178.
  14. ^ Ли, Иньин; Инь, Юньцин; Яо, Тинъянь; Цзя, Сюэцзя; Лян, Хуэйлоу; Тан, Вэйцзюнь; Цзя, Сюцинь; Сун, Хайцин; Шао, Синфэн; Ван, Дэнни Джей-Джей; Ван, Чаодонг; Ченг, Синь; Ян, Ци (3 июля 2023 г.). «Снижение скорости водообмена через гематоэнцефалический барьер при наследственном заболевании мелких сосудов головного мозга». Мозг . 146 (7): 3079–3087. doi : 10.1093/brain/awac500. ПМЦ 10316759 . ПМИД  36625892. 
  15. ^ Тивари, Ю.В.; Лу, Дж; Шен, Кью; Серкейра, Б; Дуонг, штат Техас (август 2017 г.). «Магнитно-резонансная томография проницаемости гематоэнцефалического барьера при ишемическом инсульте с использованием диффузионно-взвешенной маркировки артериального спина у крыс». Журнал церебрального кровотока и метаболизма . 37 (8): 2706–2715. дои : 10.1177/0271678X16673385. ПМЦ 5536782 . ПМИД  27742887. 
  16. ^ Ван, Зе; Агирре, Джеффри К.; Рао, Хэнъи; Ван, Цзюнцзюн; Фернандес-Сеара, Мария А.; Чилдресс, Анна Р.; Детре, Джон А. (февраль 2008 г.). «Эмпирическая оптимизация анализа данных ASL с использованием набора инструментов обработки данных ASL: ASLtbx». Магнитно-резонансная томография . 26 (2): 261–269. дои : 10.1016/j.mri.2007.07.003. ISSN  0730-725X. ПМК 2268990 . ПМИД  17826940. 
  17. ^ Чен, Дж. Джин; Янн, Кей; Ван, Дэнни Джей-Джей (01 ноября 2015 г.). «Охарактеризация функции мозга в состоянии покоя с использованием маркировки артериального спина». Мозговая связь . 5 (9): 527–542. дои : 10.1089/brain.2015.0344. ISSN  2158-0014. ПМЦ 4652156 . ПМИД  26106930. 
  18. ^ Янн, Кей; Орос, Ариана; Диркс, Томас; Ван, Дэнни Джей-Джей; Уист, Роланд; Федершпиль, Андреа (01 октября 2013 г.). «Количественная оценка перфузии сети в данных мозгового кровотока ASL с использованием подходов на основе семян и ICA» (PDF) . Топография мозга . 26 (4): 569–580. дои : 10.1007/s10548-013-0280-3. ISSN  1573-6792. PMID  23508714. S2CID  1359908.
  19. ^ Чен Ф, Ни ЮК (март 2012 г.). «Магнитно-резонансное диффузионно-перфузионное несоответствие при остром ишемическом инсульте: обновленная информация». Всемирный журнал радиологии . 4 (3): 63–74. дои : 10.4329/wjr.v4.i3.63 . ПМК 3314930 . ПМИД  22468186. 
  20. ^ Оценка M, Эрнандес Тамамес Дж.А., Пиццини Ф.Б., Ахтен Э., Голай X, Смитс М. (декабрь 2015 г.). «Руководство нейрорадиолога по маркировке спинов артерий МРТ в клинической практике». Нейрорадиология . 57 (12): 1181–202. doi : 10.1007/s00234-015-1571-z. ПМЦ 4648972 . ПМИД  26351201. 
  21. ^ Муштури, Н; Эйлс, я; Гуч, Р; Раймондо, К; Огли, Ю.С.; Тьюумакарис, С; Джаббур, П; Розенвассер, Р.; Ализаде, М. (19 марта 2024 г.). «Количественная оценка проницаемости гематоэнцефалического барьера у пациентов с ишемическим инсультом с помощью безконтрастной МРТ». Магнитно-резонансная томография . 109 : 165–172. дои : 10.1016/j.mri.2024.03.027. ПМИД  38513785.
  22. ^ Huettel SA, Song AW, McCarthy G (2009). Функциональная магнитно-резонансная томография (2-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п. 26. ISBN 978-0-87893-286-3.
  23. ^ Детре Дж.А., Рао Х., Ван DJ, Чен Ю.Ф., Ван З. (май 2012 г.). «Применение артериального спина, меченного МРТ, в головном мозге». Журнал магнитно-резонансной томографии . 35 (5): 1026–37. дои : 10.1002/jmri.23581. ПМК 3326188 . ПМИД  22246782. 
  24. ^ Робертс, Д.А.; Детре, Дж.А.; Болинджер, Л; Инско, ЕК; Ленкинский, Р.Э.; Пятидесятница, MJ; Ли, Дж. С. (1 июля 1995 г.). «Перфузия почек у человека: МРТ со спин-меткой артериальной воды». Радиология . 196 (1): 281–286. doi : 10.1148/radiology.196.1.7784582. ISSN  0033-8419. ПМИД  7784582.
  25. ^ Тасо, Мануэль; Гидон, Арно; Чжао, Ли; Мортеле, Коенраад Дж.; Олсоп, Дэвид К. (2019). «Перфузия поджелудочной железы и количественная оценка времени транзита по артериям с использованием псевдонепрерывной маркировки спинов артерий при 3Т». Магнитный резонанс в медицине . 81 (1): 542–550. дои : 10.1002/mrm.27435 . ISSN  1522-2594. ПМИД  30229559.
  26. ^ Уотсон RE (01 октября 2015 г.). «Уроки, извлеченные из событий, связанных с безопасностью при МРТ». Текущие отчеты о радиологии . 3 (10): 37. дои :10.1007/s40134-015-0122-z. ISSN  2167-4825. S2CID  57880401.

Внешние ссылки