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定量磁敏度图判断AVM内动静脉血液分流

2019-12-03 杨志荣 陈晓霖

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脑动静脉畸形是先天性颅内血管异常疾病,其病理学特征是畸形血管团内缺乏正常的毛细血管床,脑动、静脉通过曲折缠绕的扩张的毛细血管网直接连接,而形成动静脉血液分流。

英国伦敦大学学院医学物理学和生物医学工程磁共振部的Emma Biondetti等利用静脉血中脱氧血红蛋白的顺磁性,采用MRI的定量磁敏感成像技术研究AVM对静脉密度的影响以及与血氧饱和度的关系,结果发表在2019年5月的《Neuroimage》在线。


——摘自文章章节


【Ref: Biondetti E, et al. Neuroimage. 2019 Oct 1;199:440-453. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.05.014. Epub 2019 May 7.】


研究背景



脑动静脉畸形(AVM)是先天性颅内血管异常疾病,其病理学特征是畸形血管团内缺乏正常的毛细血管床,脑动、静脉通过曲折缠绕的扩张的毛细血管网直接连接,而形成动静脉血液分流。正常脑血管结构中,毛细血管床的血压发生大幅度下降,血液动力学和血管形态致使血液和周围组织之间进行氧气和营养物的相对均匀交换。然而,畸形血管团的静脉中是动静脉混合的血流,含有更多的含氧动脉血液。同时,引流静脉中血流速度快和血管压力高,血管破裂和出血的风险增加。英国伦敦大学学院医学物理学和生物医学工程磁共振部的Emma Biondetti等利用静脉血中脱氧血红蛋白的顺磁性,采用MRI的定量磁敏感成像(quantitative susceptibility mapping,QSM)技术研究AVM对静脉密度的影响以及与血氧饱和度(oxygen saturation,SvO2)的关系,结果发表在2019年5月的《Neuroimage》在线。


研究方法



研究纳入三组受试者:伽玛刀放射外科(GKR)治疗前的AVM患者;GKR治疗后三年或更长时间的患者和健康志愿者。首先,分析AVM的QSM影像。然后,观察QSM是否能检出AVM引流静脉中增加的SvO2。结果发现,GKR治疗前的患者,AVM病灶半球静脉密度(不是SvO2)显著大于对侧半球(p=0.03);在GKR治疗后患者或健康志愿者中未观察到这类半球的不对称性(图1)。此外,在GKR治疗前的患者中,AVM病灶引流静脉血的SvO2比健康志愿者高,提示QSM可用于检测AVM中的SvO2改变。流体诱导的信号或含铁血黄素沉积物等因素强烈影响QSM图像的对比度,因此,必须通过MRI成像技术进行AVM静脉分割;例如,应用时间飞越法磁共振血管成像(time of flight magnetic resonance angiography,TOF-MRA)或T1加权成像(T1-weighted image,T1WI)。


图1. GKR治疗前患者(a图)和GKR治疗后患者(b图)和健康志愿者(c图)的半球静脉密度。图中显示大脑半球静脉密度值,a图存在脑AVM,b图无脑AVM和c图健康志愿者的左右半球。在b图中,黑色菱形符号表示患者在GKR治疗后存在残余AVM。


研究结果



最后研究结果是,QSM可用于分析与AVM相关的血管异常,以及静脉血中顺磁性脱氧血红蛋白的磁化率(magnetic susceptibility,)与SvO2的正比关系。基于的MRI成像(susceptibility-weighted imaging,SWI)可精确地区分AVM病灶半球与对侧半球(图2)。由于基于的SWI检测揭示AVM引流静脉中SvO2显著高于正常静脉。因此,该项非侵入性、直接测定AVM引流静脉中SvO2的研究证实AVM内存在动静脉血液分流现象,以及该MRI成像技术可以无创地用于评估GKR治疗AVM的效果。


图2. 1例AVM患者在GKR治疗前的MRI-SWI成像(χmap)及MVF成像图(多尺度容器过滤)。χmap上可见一个位于小脑的AVM,但不同尺度的MVF成像均无法显示清晰。