灌注磁共振成像技术概览
灌注是维持组织氧气和营养物质通过血流持续输送的关键生理过程，是组织功能的重要指标。灌注磁共振成像（MRI）技术能够评估组织血管分布和微循环状况，为多种疾病的诊断、分期和监测提供关键信息。主要的灌注MRI技术包括四种：动态磁敏感对比（DSC-）MRI、动态对比增强（DCE-）MRI、动脉自旋标记（ASL-）MRI以及体素内不相干运动（IVIM-）MRI。其中，DSC-MRI和DCE-MRI需要静脉注射对比剂，而ASL-MRI和IVIM-MRI则无需对比剂，属于无创技术。每种方法基于独特的物理原理，使其能够适用于多样化的临床场景。
尽管潜力巨大，但每种技术都面临特定挑战，例如对伪影的敏感性、复杂的后处理需求、对现场专业技术的依赖以及技术本身的局限性。当前临床实践中，灌注MRI常局限于视觉评估或半定量分析。尽管定量灌注MRI参数有潜力成为可靠的成像生物标志物，提供诊断和疗效监测的客观阈值，但其临床应用仍然有限。
动态磁敏感对比（DSC-）MRI
基本物理原理
在DSC-MRI中，通过快速T2或T2*加权MRI结合示踪动力学理论，追踪对比剂（CA）在组织和动脉中的通过情况，从而估算脑血流量（CBF）及其他灌注相关参数。血管内对比剂会引起磁场不均匀性，导致横向弛豫时间缩短及相应的信号降低。
信号-时间曲线用于获取半定量参数，如bolus到达时间（BAT）和达峰时间（TTP）。然而，这些参数对协议设置和心血管输出的依赖性限制了其准确反映底层生理状态的能力。为提高特异性，通常优选定量分析，包括将信号-时间曲线转换为浓度-时间曲线，并记录动脉对比剂浓度曲线，即动脉输入函数（AIF）。
临床应用
最常见的应用包括表征脑肿瘤血流动力学，用于分级、治疗反应监测以及区分真性进展与假性进展、复发与放射性坏死。另一个重要应用是急性卒中，灌注参数有助于识别缺血半暗带，即区分可挽救组织与不可逆损伤的梗死核心。在大多数情况下，通常首选T2*加权梯度回波（GRE）序列测量。由于脑肿瘤常存在血脑屏障（BBB）破坏，假设对比剂仅在血管内的通用DSC-MRI示踪动力学理论不再适用。渗漏效应可通过使用预注射对比剂和/或小翻转角来补救。也可应用允许估算渗透性的数学算法。在所有存在BBB破坏的疾病（如神经退行性疾病）中，最好都进行渗漏校正。
临床实施挑战
成功临床实施的关键在于准确捕捉对比剂bolus形态并获得足够的信号衰减。bolus形态记录不准确可能由注射速率慢和/或时间分辨率低引起。信号衰减不足可能因TE过短导致，但过度延长TE可能导致信号饱和，尤其在大血管中。绝对定量通常受到AIF部分容积效应、组织与血液间弛豫率差异以及全血中ΔR2*与浓度非线性关系的阻碍。这些方法学上的复杂性阻碍了个体患者定量灌注生物标志物的随访以及个体间的比较。然而，对于诊断和治疗反应监测的决策，相对测量结合视觉评估通常已足够。
动态对比增强（DCE-）MRI
基本物理原理
在DCE-MRI中，在对比剂bolus注射前、注射期间和注射后动态采集T1加权MR图像。图像信号根据对比剂浓度随时间变化。推荐使用3D快速抗相梯度回波序列或等效序列。T1加权程度由重复时间（尽可能短）和翻转角（调整至获得最大信号，即Ernst角）控制。其他设置因应用而异，通常需要在时间和空间分辨率/覆盖范围以及信噪比（SNR）之间进行权衡。对于灌注测量，高时间分辨率（< 4秒）对于捕捉bolus首过至关重要。而渗透性测量可在较低时间分辨率（10–20秒）下进行，但需要更长的采集时间（> 3分钟）。
在某些应用中，视觉数据检查或半定量指标（如信号增强曲线下面积）可能足以满足诊断需求。这些方法更快、更简单，但主观性强，且在不同扫描或人群间可能不可重复。基于示踪动力学模型的定量分析被认为更客观，能提供生物学特性估计，且可重复性更好，但有额外要求，临床实施可能不易。定量分析涉及多个步骤：将MR信号转换为对比剂浓度、测量AIF以及拟合合适的药代动力学模型。对于信号到浓度的转换，需要基线T1图（对于场强 ≥ 3 T，推荐使用B1图以校正受B1场不均匀性影响的翻转角）。
临床应用
在临床护理中，DCE-MRI主要用于定性或半定量分析，最常见的是区分良恶性病变。例如，信号-时间曲线评估被纳入乳腺影像报告和数据系统（BI-RADS），用于乳腺癌筛查和诊断。此外，使用肝细胞特异性对比剂的DCE-MRI视觉评估常规用于肝脏病变的检测和表征。
在临床研究中，DCE-MRI作为定量生物标志物在多种病理学中显示出前景。在脑部，基于DCE-MRI的血脑屏障渗透性已被证明可预测卒中治疗后出血风险。在更广泛的脑血管疾病背景下，DCE-MRI已应用于血管性认知障碍、Binswanger病、痴呆、小血管和轻微卒中、2型糖尿病和衰老的研究。DCE-MRI在肿瘤学研究中也被广泛应用，用于诊断、分期和治疗反应监测。例如，DCE-MRI对接受放化疗的局部晚期宫颈癌患者具有预后价值，灌注良好的肿瘤患者预后更好。在其他领域，DCE-MRI已被用于表征慢性肾病中的肾功能，并评估肌肉骨骼疾病的炎症程度。
临床实施挑战
尽管在临床研究中有广泛应用，但其临床使用有限，且倾向于依赖视觉评估或半定量指标。一些MRI供应商和独立公司为临床工作流提供定量DCE-MRI解决方案，但目前尚无广泛接受的适应症或正式指南支持其常规临床使用。
定量DCE-MRI的临床采纳受到可重复性差的阻碍。采集和分析选择的差异导致了定量参数的变异性，这些协议因供应商、系统和研究组而异。即使使用不同软件分析相同数据集，也可能导致巨大差异。此外，分析报告往往不完整，缺乏标准化术语，且通常未存储在输出参数图的元数据中。
动脉自旋标记（ASL-）MRI
基本物理原理
ASL-MRI利用血液水分子自旋作为安全、内源性、无创的示踪剂。这使ASL具有特异性（ASL-MRI信号仅来源于标记血液）和完全无创的特点，因此是对比剂禁忌时的理想选择。标记通过准备脑供血动脉中流动自旋的纵向磁化（通过饱和或反转）来实现。标记会随局部T1弛豫（血液中约1.6秒）衰减；因此，对于标记后3秒进行的读出，仅剩16%的磁化。因此，实现足够信噪比（SNR）的基本困境是平衡自旋到达组织所需时间（取决于血流速度）与避免因T1衰减导致过多信号损失。这也意味着不应在ASL-MRI之前注射缩短T1的对比剂。最后，由于大多数标记自旋穿过血脑屏障并在脑组织中积累，脑血流量（CBF）可通过组织中检测到的自旋量来近似估算。
对于脑成像，应使用伪连续标记，标记持续时间和标记后延迟（PLD）为1800毫秒，背景抑制，以及低于300毫秒的分段3D读出。若预期存在血流动力学损害，应将延迟增加至2000–2400毫秒，并考虑延长标记持续时间。对于新生儿，推荐使用更长的标记后延迟（2000毫秒）。由于ASL-MRI信噪比低，空间分辨率不宜过高（典型体素大小为3 × 3 × 5 mm³）。
临床应用
三大主要MRI供应商均提供单延迟背景抑制3D伪连续ASL-MRI序列，并带有M0校准用于CBF定量，遵循2015年共识建议，可直接输出CBF图。单延迟ASL-MRI中的典型伪像可能混淆CBF定量，但仍能提供重要的诊断信息：高信号动脉（即动脉通过伪影）指示到达延迟（如动脉狭窄）；高信号静脉可定位引流静脉或动静脉分流巢的位置。CBF定量并非总是诊断必需，描述高/低灌注通常已足够。ASL-MRI适用于脑肿瘤的诊断和分级，多显示胶质瘤中CBF增加，以及用于区分治疗后进展与假性进展。灌注成像，包括ASL-MRI，被推荐用于烟雾病的治疗。最近，研究界推荐了多延迟ASL-MRI的具体实施方案，提高了CBF敏感性并提供额外的时间信息。然而，并非所有供应商目前都提供带自动定量的多延迟ASL-MRI。虽然脑部是目前ASL-MRI应用的主要器官，但体部应用也日益普及。
临床实施挑战
由于研究界、临床医生和供应商的密切合作，单延迟ASL-MRI在十年前已成功实施。然而，临床采纳仍面临挑战，包括信噪比低、标记平面定位、标记区域适当匀场、选择合适标记后延迟以及临床医生的认知度。另一个障碍是认为CBV图对肿瘤评估至关重要，尽管类似信息（即CBF）可通过无创的ASL-MRI获得。
体素内不相干运动（IVIM-）MRI
基本物理原理
IVIM-MRI从多b值扩散加权MRI中提取微血管灌注信息。该方法使用双指数信号模型来模拟低b值下微血管床中血液运动产生的信号以及高b值下分子扩散效应产生的信号。
将双指数IVIM信号模型与多个b值下测量的信号进行拟合，以提取无灌注扩散系数D、灌注相关“伪扩散”系数D以及来自灌注隔室的信号分数（称为灌注分数f）。灌注分数f与血容量相关；D与平均通过时间相关；标量积fD*与血流量相关。灌注分数f可用于临床所有灌注范式。
临床应用
IVIM具有三个关键优势：(1) 无需对比剂注射即可获取微循环信息；(2) 本质上是局部测量，独立于血流路径或延迟，因为激发和读出在同一层面进行，这在血流缓慢（如卒中或严重动脉狭窄）时尤其有价值，局部血流可能通过适当的侧支循环得以维持；(3) 由于其根本不同的方法学，可提供与其他方法互补的灌注信息。
例如，灌注分数f可用于区分高级别与低级别脑胶质瘤，区分恶性与良性乳腺病变，或区分头颈部淋巴瘤与鳞状细胞癌和恶性唾液腺肿瘤。荟萃分析已证明腹部f和D可作为区分和分级胰腺、肝细胞、肾、宫颈、前列腺和肝脏病变的方法。超越肿瘤学应用，IVIM-MRI可用于卒中测量梗死核心的灌注下降以及半暗带侧支血流质量，而肾脏IVIM已被证明比单指数或非高斯扩散拟合更好，并显示出检测慢性肾病和急性移植肾功能障碍的能力。
临床实施挑战
临床实施的主要挑战包括IVIM-MRI参数（尤其是D*）重复性/再现性差、扫描时间长、运动伪影、采集和分析缺乏标准化（关于扩散方向、平均次数以提高信噪比、根据不同目标器官和疾病使用不同的b值集）以及缺乏广泛接受的临床指南。解决这些挑战的努力正在进行中。
通往临床实施之路
如上所述，灌注MRI与多种应用相关。然而，临床采纳程度因技术而异，并且在量化方面都面临挑战。目前，所有扫描仪上都可获取采集协议，并可与机构应用专家一起针对特定应用进行调整，但大多数尚未标准化。此外，并非所有技术的后处理都能直接在扫描仪上完成。这通常需要第三方软件工具（商业、内部开发或开源）。提高灌注MRI的可重复性是多个团体积极研究的领域，其中包括定量医学成像联盟（QIMC，前身为QIBA），侧重于数据采集，以及ISMRM灌注成像开放科学倡议（OSIPI），侧重于数据分析。
根据各自技术，进一步临床实施需要采取的步骤包括：与供应商和第三方合作提高可及性，确保标准化的采集协议和直接在扫描仪上进行后处理；通过多中心试验建立可重复性以进行技术验证；与临床学会和期刊合作提高临床医生的认知度和扩大知识面，例如临床用户分享经验；对于临床验证，需要通过多中心临床试验建立稳健的、具有临床可操作性的阈值。
总结陈述
灌注MRI技术——包括DSC-MRI、DCE-MRI、ASL-MRI和IVIM-MRI——在各种临床应用中作为成像生物标志物具有巨大潜力。然而，特别是定量参数的临床采纳水平因技术而异。更广泛临床转化的一个关键障碍是采集和分析协议缺乏标准化，导致可重复性差并限制了临床信心。此外，由于放射科医生对某些技术的认知和理解有限，这些技术仍未得到充分利用。
这些实践推荐旨在扩展放射科医生对灌注MRI技术的知识，并就采集和分析提供实用指导，包括涵盖灌注MRI成像路径的流程图。其目标是支持将灌注MRI整合到常规临床工作流中。进一步支持这项努力的是，诸如定量医学成像联盟（前QIBA）和ISMRM灌注成像开放科学倡议（OSIPI）等倡议正在制定标准和指南。最终，将最先进的灌注MRI成功整合到临床实践中需要临床医生、研究人员和行业伙伴的密切合作。
