飞利浦磁共振全球工厂，飞利浦磁共振技术
飞利浦磁共振全球工厂，飞利浦磁共振技术由于肿瘤细胞的快速生长，一方面需要更多的血液供应，另一方面肿瘤生长因子的不断刺激，导致肿瘤血管生成，使得肿瘤血管发生了结构和功能上的改变。图2.肿瘤组织病理生理学图1.正常组织正常组织的血管壁会限制细菌等大分子物质的通过，允许O2，CO2、激素这类小分子的通过进行物质的交换。因此，正常组织：
上期主要讲解的是DCE中的半定量分析，注射对比剂后，随时间变化的MRI信号，可以生成时间-信号强度曲线，我们从原理、后处理及临床应用等方面分别做了介绍。本期将继续分享DCE中的定量分析——T1 permeability。
T1 permeability
所谓渗透性分析实际上是动态对比增强的一种。这种方法目前最多应用于对肿瘤恶性程度的分级及肿瘤治疗的疗效评估。
结合药代动力学模型进行分析，定量估算出与组织灌注、微血管渗透性相关的参数值，获取有关组织毛细血管网络中血流的信息，以及血液与血管外间隙之间的交换。
病理生理学
图1.正常组织
正常组织的血管壁会限制细菌等大分子物质的通过，允许O2，CO2、激素这类小分子的通过进行物质的交换。因此，正常组织：
- 血管走形规则、整齐
- 血管渗透性较小
图2.肿瘤组织
由于肿瘤细胞的快速生长，一方面需要更多的血液供应，另一方面肿瘤生长因子的不断刺激，导致肿瘤血管生成，使得肿瘤血管发生了结构和功能上的改变。
肿瘤血管呈迂曲状，生长杂乱无章，由于内皮细胞的破坏，血管渗透性增强。肿瘤的快速增长也导致微血管的密度增大。
可以看出肿瘤组织：
- 血管迂曲，生长杂乱无章
- 内皮细胞的破坏，血管渗透性增强
- 微血管密度增大
药代动力学
对比剂浓度与信号强度间并不呈绝对线性关系，需要一种模型采用非线性方法转换MR信号和对比剂浓度的关系。药代动力学模型通过拟合得到的数值可转化信号强度和对比剂浓度间数学关系。
图3.药代动力学分析
- 更高浓度时，信号发生饱和，意味着T1的进一步缩短并不能导致信号强度的提高，原因是纵向磁化矢量已完全恢复
- 当浓度很高时，信号开始下降，T2效应开始出现
图4.组织浓度随时间变化曲线图
- Wash-in相：反映了肿瘤组织对对比剂的快速摄取情况
- Wash-out相：反映了对比剂返回血浆中的速率
图5.两室模型
有关药代动力学模型，现我们最常用的是拓展版的TK模型（Extended Tofts-Kety model）；它假定我们的组织分为两个室，一个是中央室，就是我们说的血管内，一个是外周室，就是我们说的血管外细胞外间隙。
药物进入血管内与血管外间隙进行物质交换并达到一个动态平衡。K12为药物流出血浆的速率，K21为药物流回血浆中的速率。
在此模型中，将感兴趣区内血浆流量忽略不计，并将模型视为仅代表间隔构成的整体，假定对比剂从血管向组织间隙中扩布以及由后者再吸收进入血管内，分别取决于正向转运常数Ktrans（min-1）和反向常数Kep（min-1）
- Ktrans代表对比剂从血管至组织间隙的过程，即对比剂的摄取
- Kep代表对比剂返回至血管内廓清的过程
- Ve表示血管外-细胞外间隙的容积
- 通过计算可以获得等式：Kep=Ktrans/Ve
- Vp 表示血管内体积分数，体现了局部毛细血管密度
Ktrans被认为是最为重要的参数之一，且组织毛细血管具有较高通透性时，Ktrans反映的是单位体积组织的血浆流量，而组织毛细血管通透性较低时，Ktrans反映的则是单位体积组织渗透表面积的情况。
而在大多数情况下，由于对比剂在单位组织内的分布既受到组织毛细血管通透性的影响，还取决于该区域血浆流量的情况，因此Ktrans反映的是组织内毛细血管通透性及血浆流量共同作用的结果，Ktrans值越高则表示组织的血浆流量和组织血管渗透性越高，因此对于肿瘤而言其Ktrans值越高，则表明其代谢越快，其恶性程度也可能越高。
基本原理
图6.DCE定量测量步骤
图7.DEC公式
分别进行2个不同翻转角的梯度回波扫描，要确保TR、TE等其他参数是固定的，只有小翻转角是变化的，通过这个公式我们看到，信号强度与翻转角之间的关系。T10值为注射对比剂前组织的T1弛豫时间，通过两个不同的翻转角，两个翻转角对应的信号强度相比，得到T10值。(采用双翻转角，且两角度差小，高效精准的最佳方法)
图8.信号强度与组织内对比剂浓度之间的关系
我们看一下A公式，T1值为注射对比剂后组织的T1弛豫时间，这样我们得到一个不同时间点的组织T1值与信号强度之间的关系。
再看一下B公式是组织弛豫率与组织内对比剂浓度的关系，R1与T1呈倒数关系，那通过这两个公式我们就得到了信号强度与组织内对比剂浓度之间的关系。
需要注意的是：
- 只有密集的数据采集才能准确拟合出组织的灌注信息，也就是说需要足够高的时间分辨率
- 在保证高时间分辨率的基础上，还需兼顾空间分辨率和SNR
图9.渗透性相关参数
我们获得动脉输入函数，得到血浆中对比剂的浓度与组织内对比剂浓度之间的关系，结合上面数学关系，我们可以转换得到血浆内浓度随时间变化的曲线图；将药代动力学模型带入，就可以得到与渗透性相关的参数值。
3D T1 FFE序列特点
- Prescan采用翻转角为5°、15°小角度采集，角度已经优化过，建议不要更改
- TR时间尽量短（约为2~4ms），以获得更高的时间分辨率，如果时间分辨率不够，得到的Ktrans↓ Kep ↓ Vp ↑
- TE时间尽量短，降低T2*效应
- Prescan与DCE序列参数必须一致，包括：TR、TE、空间分辨率、FOV、层厚、层间距
- 期相足够多，保证wash-out相足够采样，得到的Ve才可靠
- 建议扫描时间达8~10min
- 至少平稳3期，能够更准确的评估基线的信号强度
后处理
图10.后处理步骤
目前T1 permeability仅能使用ISP做后处理分析，步骤如下：
1、将三个序列选中（两个不同FA及3D T1 FFE）启用渗透性分析软件包
2、选择所需参数图
3、设置对比剂的注射条件、红细胞比容
4、选择底层图进行融合
5、自定义动脉输入函数（AIF），选择较组织近的动脉血管，而后再画ROI测量
临床应用
图11.前列腺DCE
男，62y，直肠Ca放射治疗效果不佳。渗透性分析可用于进行重复性检查，常用于评价肿瘤治疗疗效。
我们通过两期文章，讲述了DCE主要的两个部分，包括Basic T1 perfusion（半定量分析）及T1 permeability（定量分析）。我们从原理、后处理及临床应用分别为大家做介绍，希望能帮助大家更好的理解并使用DCE。
