Маркировка артериального спина
Маркировка артериального спина (ASL), также известная как маркировка артериального спина , представляет собой метод магнитно-резонансной томографии мозговой крови , используемый для количественной оценки перфузии 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 сборов 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
[ редактировать ]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), отдельную карту протонной плотности рекомендуется получить 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, что имеет место для Phillips Показания 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
[ редактировать ]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 предназначены для поддержания 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
[ редактировать ]При пульсовой артериальной маркировке (PASL) вода в крови переворачивается, когда она проходит через маркировочную пластину (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
[ редактировать ]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 время затухания маркировки сообщений. [9]
Диффузионно-подготовленная псевдонепрерывная маркировка спинов артерий (DP-pCASL)
[ редактировать ]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 применение DP-pCASL при цереброваскулярных заболеваниях, включая острый ишемический инсульт, [12] КАДАСИЛ, [13] наследственное заболевание мелких сосудов головного мозга [14] а также в моделях животных. [15]
Анализ изображений ASL
[ редактировать ]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 ссылка ]
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 .
ASL Функциональное соединение 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
[ редактировать ]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] Визуализация ASL может быть полезным инструментом в дополнение к фМРТ и наоборот.
Клиническое использование
[ редактировать ]При инфаркте головного мозга снижается в полутени 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 — еще один метод получения контраста. [23]
Были проведены исследования по применению ASL для визуализации почек. [24] визуализация поджелудочной железы, [25] и визуализация плаценты. Проблемой для такого рода нецеребральной перфузии является движение, вызванное дыханием. Кроме того, сегментация этих конкретных органов развита гораздо меньше, поэтому исследования являются относительно небольшими.
Безопасность
[ редактировать ]ASL в целом является безопасным методом, хотя травмы могут возникнуть в результате несоблюдения 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.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фортин Ф., Гайяр Ф. «Маркировка артериального спина (ASL) МР-перфузия» . Радиопедия . Проверено 15 октября 2017 г.
- ^ «Артериальная спиновая маркировка» . Мичиганский университет . Проверено 27 октября 2017 г.
- ^ 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 .
- ^ 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/мрм.1910230106 . ISSN 0740-3194 . ПМИД 1734182 . S2CID 260421572 .
- ^ 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).
- ^ Корецкий А.П. (август 2012 г.). «Ранняя разработка маркировки спина артерий 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 .
- ^ 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 между поставщиками маркировки псевдонепрерывного артериального спина при 3 Тесла» . ПЛОС ОДИН . 9 (8): е104108. Бибкод : 2014PLoSO...9j4108M . дои : 10.1371/journal.pone.0104108 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4121318 . ПМИД 25090654 .
- ^ Олсоп, Дэвид К.; 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 .
- ^ 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 артериальных спинов 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 .
- ^ 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 водного обмена 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 .
- ^ 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 . ПМЦ 6414249 . ПМИД 30561821 .
- ^ 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 .
- ^ Лин, Чэнь, Синфэн; Сунь, Юньчуан, Фань; Сюэ, Жун, Ян; Ян, Ци, Ван; артерий выявляет дисфункцию гематоэнцефалического барьера у пациентов с CADASIL». радиология , 33 (10): 6959–6969. Европейская «Менение псевдонепрерывного спина Дэнни Дж. Юань, Юн (26 апреля 2023 г.) . -023-09652-7 . ПМЦ 10567537. ПМИД 37099178 .
- ^ Ли, Инъин, Яо, Тинъянь; Цзя, Сюэцзя; Цзя, Сюцинь; Ван, Дэнни Дж . Снижение скорости обмена воды через гематоэнцефалический барьер при наследственном заболевании мелких сосудов головного мозга» Brain . 146 ( 7): 3079–3087. doi : 10.1093/brain/awac500 . PMC 10316759. . PMID 36625892 .
- ^ 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 спина артерий у крыс» . Журнал церебрального кровотока и метаболизма . 37 (8): 2706–2715. дои : 10.1177/0271678X16673385 . ПМЦ 5536782 . ПМИД 27742887 .
- ^ Ван, Цзе; 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 .
- ^ Чен, Дж. Джин; Янн, Кей; Ван, Дэнни Джей-Джей (01 ноября 2015 г.). «Охарактеризация функции мозга в состоянии покоя с использованием маркировки спинов артерий» . Мозговая связь . 5 (9): 527–542. дои : 10.1089/brain.2015.0344 . ISSN 2158-0014 . ПМЦ 4652156 . ПМИД 26106930 .
- ^ Янн, Кей; Орос, Ариана; Диркс, Томас; Ван, Дэнни Джей-Джей; Уист, Роланд; Федершпиль, Андреа (01 октября 2013 г.). «Количественная оценка сетевой перфузии 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 . ПМИД 23508714 . S2CID 1359908 .
- ^ Чен Ф., Ни Ю.К. (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 .
- ^ Грейд М, Эрнандес Тамамес Х.А., Пиццини Ф.Б., Ахтен Э., Голай Х, Смитс М. (декабрь 2015 г.). «Руководство нейрорадиолога по маркировке спинов артерий МРТ в клинической практике» . Нейрорадиология . 57 (12): 1181–202. дои : 10.1007/s00234-015-1571-z . ПМК 4648972 . ПМИД 26351201 .
- ^ Муштури, Н.; Эйлс, я; Гуч, Р; Раймондо, К; Огли, Ю.С.; Тьюмакарис, 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 .
- ^ Хюттель С.А., Сонг А.В., Маккарти Дж. (2009). Функциональная магнитно-резонансная томография (2-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п. 26. ISBN 978-0-87893-286-3 .
- ^ Детре Дж.А., Рао Х., Ван DJ, Чен Ю.Ф., Ван З. (май 2012 г.). «Применение МРТ артерий в головном мозге» . Журнал магнитно-резонансной томографии . 35 (5): 1026–37. дои : 10.1002/jmri.23581 . ПМК 3326188 . ПМИД 22246782 .
- ^ 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. дои : 10.1148/radiology.196.1.7784582 . ISSN 0033-8419 . ПМИД 7784582 .
- ^ 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 .
- ^ Уотсон Р.Э. (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
[ редактировать ]- mriquestions.com [1]
