基于动脉自旋标记技术和磁敏感加权成像技术的定量脑氧代谢率研究

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1、生物物理学报2013年10月第29卷第10期：779．787ACTABIOPHYSICASINICAVo1．29No．10Oct．2013：779．787www．cjb．org．cn基于动脉自旋标记技术和磁敏感加权成像技术的定量脑氧代谢率研究郑罡，一，潘之颖，-，王利1,2卢光明z1．南京航空航天大学民航学院，南京210016；2．南京军区南京总医院医学影像科，南京210002收稿日期：2013．06．07；接受日期：2013—09．02基金项目：国家自然科学基金项目f81101039，81230032，81071236，813220

2、20，81171313)，江苏省博士后基金资助课题(1002083C1通讯作者：卢光明，电话：(025)80860185，E—mail：cjr．1uguangming@vip．163．corn摘要：磁共振相位图可以反映静脉区域的血氧饱和度，结合动脉自旋标记技术可以分别定量动脉血流量，解算静脉周围的脑氧代谢率，但无法解算区域脑氧代谢率。作者假设组织相位信息反映组织血氧饱和度，结合磁敏感加权成像和动脉自旋标记技术，解算区域组织脑氧代谢率。在静息状态下，分别采集14例正常健康志愿者(男性8例，女性6例)的动脉自旋标记和磁敏感加权成像数据，使

3、用菲克法则定量区域脑氧代谢率，发现灰质、白质、全脑、额叶和颞叶的脑氧代谢率与以往文献报道一致。表明以近似方法定量区域脑氧代谢率是可行的，适用于大脑区域脑氧代谢率的测量。关键词：相位图；动脉自旋标记；脑氧代谢率；脑血流；静脉血氧饱和度中图分类号：R445．2，R318D0I：】0．3724／SP-J．1260．20】3．30090引言人脑重量约占体重的2％，但消耗的能量却是全部能量的20％。人脑中的能量平衡由三个生理学参数决定，即脑血流(cerebralbloodflow，CBF)、静脉血氧饱和度(venousoxygensaturat

4、ion，Vv)和脑氧代谢率(cerebralmetabolicrateofoxygen，CMRO2)t”，因此，CBF、和CMRO：的正常与否含有脑功能和脑疾病的重要信息。动脉白旋标记技术(arterialspinlabeling，ASL)定量区域CBF用于脑功能和脑疾病的研究已很普遍f2]，但目前，磁共振成像中测量区域Yv和CMRO的研究并不多见。正电子发射计算机断层扫描(positronemissiontomography，PET)技术[3]可测量CMRO2和Yv的值，但它需注射放射性标记物O，且空间分辨率较低嗍，没有得到广泛应用

5、[5]。血氧水平依赖Oloodoxygenleveldependent，BOLD)和CBF测量技术结合，可用于评估CMRO的改变[61，但它只能测量任务和静息状态间CMRO：的相对改变，不能测量区域CMRO：的绝对值，且依赖于碳酸过多等生理状态，这使它的应用受到了很大的限制。白旋标记下的T2弛豫fT2relaxation生物物理学报2013年第29卷第10ji』Junderspintagging，TRUST)技术能够测量Y。和CMRO：的绝对值，但该方法只能定最全豫qt’0]脑的平均代谢值，而不是区域值。Fan通过测量大脑血管和周围脑

6、软组织之间的磁化率差异，依据CMRO：和CBF之间的线性关系近似计算得出了区域CMRO：，而事实上，这种【11]近似具有很强的假设性。动脉血中的氧合血红蛋白是人体内氧的主要载体一，它是种抗磁性物质，当它流经毛细血管床时，动脉血中的氧被组织吸收，氧合血红蛋白失氧变为脱氧血红蛋白。脱氧血红蛋白是一种顺磁性物质，主要存在于静脉和组织微静脉中，在动脉和组织中的浓度为零。磁敏感加权成像是一种基于脱氧血红蛋白的静脉血管成像技术，所成图像中的信号值取决于血管中的脱氧血红蛋白，因此，磁敏感加权成像技术采集到的相位图丰要反映了静脉血管和组织微静脉的信号

7、强度，组织和动脉的相位值为零，感兴趣区域的相位值与区域内静脉的相位值近似相等。据此，本研究假设相位变化主要受静脉中脱氧血红蛋白的影响，组织f去除微静脉)中的脱氧血红蛋白可忽略不计。由此，组织中的相位值为零，脑组织中的相位值反映的则是该脑区的脱氧血红蛋白含量。Y。结合ASL技术定量的区域CBF，使用菲克法则，呵定量【埘CMRO，。脑氧代谢率测量原理MRI中CMRO：的测量原理如图1所示，动脉血管中氧饱和度百分比近似于1，血流的速度称为CBF。当动脉血流经毛细血管床时，血液中的部分氧被脑组织消耗用于代谢，脑组织消耗氧的速度称为CMRO：。

8、经过脑组织后，静脉血液中剩余的氧饱和度百分比称为Y。。因此，通过测量动脉、静脉中氧饱和度的差值可测量脑组织中CMRO，的值，公式如下：CMR0=CBF(Y-Y2。v)Ca(1)其中『13]，，，。和l，。分别为动脉血氧饱