Označení arteriální spiny - Arterial spin labelling

Označení arteriální spiny (ASL), také známý jako arteriální spin tagování, je magnetická rezonance technika použitá ke kvantifikaci mozkové krve prokrvení značením krve, která proudí mozkem. ASL konkrétně odkazuje na magnetické značení arteriální krev pod zobrazovací deskou, bez nutnosti kontrast gadolinia,[1] který je první svého druhu z hlediska zobrazování perfúzí. Je možná řada schémat ASL, nejjednodušší je obnova střídavého inverze toku (FAIR), která vyžaduje dvě akvizice identických parametrů s výjimkou saturace out-of-slice; rozdíl v těchto dvou obrázcích je teoreticky pouze v příchozích tocích a lze je považovat za „perfuzi“ mapa '.[2]Tuto techniku ​​vyvinuli John Detre, Alan P. Koretsky a spolupracovníci v roce 1992.[3]

Fyzika

Označení arteriální rotace využívá molekuly vody cirkulující v mozku a pomocí radiofrekvenčního pulzu sleduje krev v krvi, jak cirkuluje v mozku. Po určité době v mikrosekundách (dostatečné k tomu, aby krev mohla cirkulovat mozkem), se pořídí „štítek“. „Kontrolní“ obraz se získá také před označením krevní vody. Technika odčítání poskytuje měření perfúze. Aby se zvýšil SNR lze zprůměrovat sbírky kontrolních obrázků a obrázků štítků. V MRI jsou také další specifikace, které mohou zvýšit SNR, například množství cívky hlavy MRI nebo silnější pole (3 T je standardní, ale 1,5 T je uspokojivé). Aby bylo možné správně škálovat hodnoty perfúze do jednotek průtoku krve mozkem (CBF, ml / 100 g / 1 min), je třeba mapa hustoty protonů se stejnými parametry (ale delší TR k úplnému uvolnění otáčení krve) se doporučuje také získat. Alternativně lze průměrný kontrolní obrázek použít ke generování CBF, což je případ Phillips Odečet pCASL. Pro zvýšení SNR se obvykle použije také potlačení pozadí. Vzhledem k různým variantám jednotlivých implementací se doporučuje, aby velká studie s více skenery navrhla protokol minimalizující rozmanitost metod čtení použitých každým skenerem.

Jedna studie ukázala, že ačkoliv existují rozdíly voxelů při použití různých metod odečtu, průměrné hodnoty CBF šedé hmoty jsou stále srovnatelné. Rozdíly v SNR jsou patrné při porovnání každého voxelu, ale společně jsou zanedbatelné.[4]

Kontinuální označování arteriálního spinu

Při kontinuálním označování arteriálních spinů (CASL) je krevní voda obrácena, když proudí mozkem v jedné rovině. CASL se vyznačuje jedním jediným dlouhým pulzem (přibližně 1-3) sekundy. To může být nevýhodné pro určité skenery, které nejsou navrženy tak, aby udržovaly radiofrekvenční puls tak dlouho, a proto by vyžadovaly úpravy RF zesilovač. To je napraveno pseudokontinuální označení arteriálního spinu (pCASL), kde je jeden dlouhý puls nahrazen několika (až tisíci) milisekundovými impulsy. To vede k vyšší účinnosti označování. pCASL je preferovaná implementace ASL.[5] Pro pCASL existují různé odečítací moduly, v závislosti na použitém skeneru, přičemž 2D pCASL je obvykle implementován pro všechny skenery a 3D pCASL spirála implementovaná v GE skenery.

Označení pulzního arteriálního spinu

Při označování pulzním arteriálním spinem (PASL) je voda v krvi invertována, když prochází štítkovací deskou (15 až 20 cm) místo roviny. Existují různé varianty této implementace, včetně EPISTAR a PICORE a PULSAR. Většina skenerů byla navržena tak, aby měla PASL k dispozici pro výzkumné účely.

Rychlostně selektivní označení arteriální rotace

Rychlostně selektivní označování arteriálních spinů je strategie, která stále vyžaduje validaci. Rychlostně selektivní označení arteriálního rotace je výhodné v populaci, kde může být omezen průtok krve (např. Mrtvice), protože k označení dochází blíže ke kapilárám. To umožňuje, aby se rozpad po označení štítku zkrátil.[6]

Analýza ASL obrázků

Mapy ASL lze analyzovat hlavně pomocí stejných nástrojů fMRI a VBM. Bylo vyvinuto mnoho nástrojů specifických pro ASL, které pomáhají při analýze ASL, například BASIL (Bayesianův závěr pro MRI označování arteriálních spinů), součást FSL balíček neuroimaging a také sada nástrojů ASL společnosti Ze Wang (používající MATLAB), která pomáhá při odečítání a průměrování dvojic označených / kontrolních.[7] Často je nutná vizuální kontrola kvality, aby se zajistilo, že je perfuzní mapa platná (například správná registrace nebo správná segmentace necerebrálních materiálů, jako je dura mater ). Celý mozkový / voxelový přístup lze analyzovat registrací mapy ASL do MNI prostor pro skupinová srovnání. Přístup v oblasti zájmu lze analyzovat registrací mapy ASL do vybraného klastru nebo atlas, jako standard (například Harvard-Oxford Cortical atlas) nebo samostatný atlas vyvinutý softwarem jako FreeSurfer. Doporučeným postupem registrace ASL pro analýzu voxelů je registrace perfuzní mapy k segmentaci šedé hmoty každého jedince v netuhém postupu.

šedá hmota často vyžaduje více okysličení a je ve srovnání se zdrojem větší mozkové aktivity bílá hmota. Proto je CBF šedé hmoty často vyšší než CBF bílé hmoty. Jednotlivá hodnota CBF šedé hmoty je často izolována, aby poskytla široký přehled rozdílů CBF. Šedou hmotu a bílou hmotu CBF lze lokalizovat pomocí atlasů nebo Freesurfer.

ASL funkční konektivita lze navrhnout s parametry vedoucími k dlouhé době skenování. Studie naznačují, že ASL dobře doplňuje nálezy fMRI v klidovém stavu, ale může mezi nimi rozlišovat klidové mozkové sítě (tak jako výchozí režim sítě ) méně.[8]

Srovnání s fMRI

Funkční MRI (fMRI) je způsob výběru pro vizualizaci mozkové činnosti a využívá výhod celé řady technik, které lze použít k jeho interpretaci. Signál, který fMRI získává, je TUČNĚ signál, který přímo nekoreluje s průtokem krve. Tok mozkové krve na druhé straně ano, což umožňuje kardiovaskulární onemocnění (CVD) a zánětlivé analýza rizikových faktorů a poruchy (např schizofrenie a bipolární porucha ) které mají komorbid účinky s CVD.[9] Zobrazování ASL může být užitečným nástrojem k doplnění fMRI a naopak.

Klinické použití

v mozkový infarkt, polostín snížila prokrvení.[10] Kromě akutních a chronických neurovaskulárních onemocnění byla hodnota ASL prokázána v mozkové nádory, epilepsie a neurodegenerativní onemocnění, jako Alzheimerova choroba, frontotemporální demence a Parkinsonova choroba.[11]

Ačkoli primární forma fMRI používá v závislosti na hladině kyslíku v krvi (Tučně) kontrast,[12] ASL je další metoda získání kontrastu.[13]

Byly provedeny výzkumy týkající se aplikace ASL na zobrazování ledvin,[14] zobrazování pankreatu,[15] a placenta. Výzvou pro tento druh ne-mozkové perfúze je pohyb způsobený dýcháním. Navíc dochází k mnohem menšímu rozvoji segmentace těchto konkrétních orgánů, takže studie jsou relativně malé.

Bezpečnost

ASL je obecně bezpečná technika, i když může dojít ke zranění v důsledku neúspěšných bezpečnostních postupů nebo lidské chyby, jako u jiných technik MRI.[16]

ASL, stejně jako ostatní způsoby MRI, generují během skenování značné množství šumu, proto se doporučuje použít špunty do uší.

Reference

  1. ^ Fortin F, Gaillard F. „Arteriální spinové značení (ASL) MR perfúze“. Radiopaedia. Citováno 2017-10-15.
  2. ^ „Označení arteriální rotace“. Michiganská univerzita. Citováno 2017-10-27.
  3. ^ Koretsky AP (srpen 2012). „Včasný vývoj označení arteriální spiny pro měření regionálního průtoku krve mozkem pomocí MRI“. NeuroImage. 62 (2): 602–7. doi:10.1016 / j.neuroimage.2012.01.005. PMC  4199083. PMID  22245338.
  4. ^ Nederveen, Aart J .; Smits, Marion; Majoie, Charles B. L. M .; Osch, Matthias J. P. van; Kuijer, Joost P. A .; Heijtel, Dennis F. R .; Steketee, Rebecca M. E .; Mutsaerts, Henri J. M. M. (04.08.2014). „Reprodukovatelnost pseudo-kontinuálního arteriálního točení při 3 Tesla mezi dodavateli“. PLOS One. 9 (8): e104108. Bibcode:2014PLoSO ... 9j4108M. doi:10.1371 / journal.pone.0104108. ISSN  1932-6203. PMC  4121318. PMID  25090654.
  5. ^ Alsop, David C .; Detre, John A .; Golay, Xavier; Günther, Matthias; Hendrikse, Jeroen; Hernandez-Garcia, Luis; Lu, Hanzhang; MacIntosh, Bradley J .; Parkes, Laura M. (leden 2015). „Doporučená implementace arteriální spinální perfúzní MRI pro klinické aplikace: shoda studijní skupiny pro perfúzi ISMRM a evropského konsorcia pro ASL v demenci“. Magnetická rezonance v medicíně. 73 (1): 102–116. doi:10,1002 / mrm.25197. ISSN  1522-2594. PMC  4190138. PMID  24715426.
  6. ^ Schmid, Sophie; Heijtel, Dennis F. R .; Mutsaerts, Henri J. M. M .; Boellaard, Ronald; Lammertsma, Adriaan A .; Nederveen, Aart J .; van Osch, Matthias J. P. (srpen 2015). "Porovnání rychlostně a zrychleně selektivního označení arteriálního spinu s [15O] H2O pozitronovou emisní tomografií". Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 35 (8): 1296–1303. doi:10.1038 / jcbfm.2015.42. ISSN  1559-7016. PMC  4528003. PMID  25785831.
  7. ^ Wang, Ze; Aguirre, Geoffrey K .; Rao, Hengyi; Wang, Jiongjiong; Fernández-Seara, María A .; Childress, Anna R .; Detre, John A. (únor 2008). "Empirická optimalizace analýzy dat ASL pomocí sady nástrojů pro zpracování dat ASL: ASLtbx". Magnetická rezonance. 26 (2): 261–269. doi:10.1016 / j.mri.2007.07.003. ISSN  0730-725X. PMC  2268990. PMID  17826940.
  8. ^ Chen, J. Jean; Jann, Kay; Wang, Danny J.J. (2015-11-01). "Charakterizace funkce mozku v klidovém stavu pomocí označení arteriální rotace". Připojení k mozku. 5 (9): 527–542. doi:10.1089 / brain.2015.0344. ISSN  2158-0014. PMC  4652156. PMID  26106930.
  9. ^ Jann, Kay; Orosz, Ariane; Dierks, Thomas; Wang, Danny J. J .; Wiest, Roland; Federspiel, Andrea (01.10.2013). „Kvantifikace síťové perfuze v datech průtoku mozkové krve ASL pomocí přístupu založeného na semenech a ICA“ (PDF). Topografie mozku. 26 (4): 569–580. doi:10.1007 / s10548-013-0280-3. ISSN  1573-6792. PMID  23508714.
  10. ^ Chen F, Ni YC (březen 2012). „Neshoda magnetické rezonance - difúze - perfúze při akutní ischemické cévní mozkové příhodě: aktualizace“. World Journal of Radiology. 4 (3): 63–74. doi:10,4329 / wjr.v4.i3.63. PMC  3314930. PMID  22468186.
  11. ^ Grade M, Hernandez Tamames JA, Pizzini FB, Achten E, Golay X, Smits M (prosinec 2015). „Průvodce neuroradiologa k označení MRI v arteriálním spinu v klinické praxi“. Neuroradiologie. 57 (12): 1181–202. doi:10.1007 / s00234-015-1571-z. PMC  4648972. PMID  26351201.
  12. ^ Huettel SA, Song AW, McCarthy G (2009). Zobrazování funkční magnetickou rezonancí (2. vyd.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. str. 26. ISBN  978-0-87893-286-3.
  13. ^ Detre JA, Rao H, Wang DJ, Chen YF, Wang Z (květen 2012). "Aplikace arteriálního rotačního značení MRI v mozku". Journal of Magnetic Resonance Imaging. 35 (5): 1026–37. doi:10,1002 / jmri.23581. PMC  3326188. PMID  22246782.
  14. ^ Roberts, DA; Detre, JA; Bolinger, L; Insko, EK; Lenkinski, RE; Letnice, M J; Leigh, J. S. (01.07.1995). "Renální perfúze u lidí: MR zobrazování se spinovým značením arteriální vody". Radiologie. 196 (1): 281–286. doi:10.1148 / radiology.196.1.7784582. ISSN  0033-8419. PMID  7784582.
  15. ^ Taso, Manuel; Guidon, Arnaud; Zhao, Li; Mortele, Koenraad J .; Alsop, David C. (2019). „Pankreatická perfúze a kvantifikace arteriálního tranzitního času pomocí pseudokontinuálního označení arteriálního spinu při 3T“. Magnetická rezonance v medicíně. 81 (1): 542–550. doi:10,1002 / mrm.27435. ISSN  1522-2594. PMID  30229559.
  16. ^ Watson RE (01.10.2015). „Poučení z bezpečnostních událostí MRI“. Aktuální radiologické zprávy. 3 (10): 37. doi:10.1007 / s40134-015-0122-z. ISSN  2167-4825.

externí odkazy

  • mriquestions.com [1]