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]
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)? ]
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 .
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.
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]
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]
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]
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.
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.
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.