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1骨骼肌BOLD成像研究

BOLD的概念由Kim等[1]于1990年首次提出，并迅速在人腦中應用，成為研究人腦功能的重要手段。BOLD成像依賴微循環中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白比例的變化，去氧血紅蛋白是順磁性物質，而氧合血紅蛋白是抗磁性物質，兩種物質的磁特性不同，在局部形成MRI信號的改變，一般采用磁敏感序列，如T2*加權成像[2]。研究表明，大多數疾病都伴有微循環的改變，因此有理由相信BOLD成像同樣能夠應用于腦以外的組織和器官，比如骨骼肌。Lebon等[3]利用多回波鏈梯度回波技術，測量T2*值，把TE=0（SITE=0）時的信號強度作為測量血流灌注的標準，利用缺血和反應性充血來干擾肌肉內的氧合作用，結果表明，肌肉在缺血狀態下，T2*值降低，一旦缺血狀態解除，T2*有一個明顯的上升峰，和同期肌肉血流灌注一致，這項實驗有力地證明了肌肉中同樣存在BOLD效應。在腦BOLD成像中，腦功能區的激活相對簡單，肢體運動或認知改變都可以有效地激活相應的腦功能區。然而，肌肉的激活卻有多種方式，如藥物（如血管活性藥物）、有氧運動等。Partovi等[4-5]研究大腿、小腿及前臂肌肉單次收縮后肌肉BOLD信號強度的改變，同時變換一些參數，如TR、掃描序列、場強及收縮力等，結果發現肌肉收縮引起的暫時性BOLD信號增加并不隨著TR和掃描序列（GRE/SE）改變而改變，而隨著肌肉收縮力以及場強的增加而增強。Towse等[6]研究靜坐組和活動組志愿者骨骼肌單次快速收縮后的瞬時BOLD信號變化，結果發現活動組BOLD信號增加更明顯，持續時間更久。

1.1BOLD信號的生理機制臨床評估肌肉微血管結構經常依賴于有創的活檢，BOLD成像提供了一種無創的對微血管結構敏感的方法，目前已被證明是一種有效方法。肌肉BOLD常用的激活方法主要有電刺激和運動。在一項電刺激（5Hz）小鼠肌肉的試驗中，BOLD信號由于氧分壓（PO2）的改變而發生顯著性的變化。在另一項反應性充血試驗中，BOLD信號與激光多普勒（LDF）經皮所測得的PO2（TcPO2）也呈較好的相關性。更多的研究表明在缺血的初始階段，BOLD信號與TcPO2具有較好的相關性，呈現同樣的下降特征，但在缺血的過程中LDF測得的PO2下降較快，出現這種現象的機制可能為缺血早期BOLD信號下降反映的是肌肉微循環血氧飽和度下降所導致的組織進行性去氧化過程。一些研究提示，肌紅蛋白由于其內具有含鐵血紅素結構，同樣對肌肉的BOLD信號具有一定的影響。在另一些研究中，肌肉單次收縮，由于暫時改變了組織中的血氧飽和度，同樣會有相應的BOLD信號改變[9]。

1.2BOLD信號分析BOLD-MRI數據是典型的隨時間變化的數據類型，傳統的MRI數據處理方法可以用來處理BOLD數據。其在評估勞累型骨筋膜間室綜合征微循環變化中得到了很好的應用。Mc-FaddenD等[10]利用3.0T小孔徑MRI儀、采用正交發射—接受肢體射頻線圈證實BOLD在無創評價勞累型骨筋膜間室綜合征微循環方面非常有效。在這項研究中，BOLD成像序列采用GRE-EPI（α，700；TE/TR，35/250ms；FOV，24cm×24cm；矩陣64×64），采集時間12.8min，總共采集3072幅圖像，平均每幅圖像采集4秒鐘。實驗分兩部分，先采集靜息態BOLD信號，然后進行30min的高強度運動，再次采集BOLD信號。參考T1WI或T2WI圖像測量相應部位（比目魚肌、腓腸肌、脛骨前?。┑腡2*值，然后把這種依時間變化的BOLD信號，按照生理頻率（呼吸頻率和心率）通過傅里葉轉換成頻率模式，結果反映心率（1.8Hz）和呼吸頻率（0.7Hz）的波峰在比目魚肌更容易被觀察到，肌肉運動后，其峰值明顯上升。而勞累型骨筋膜間室綜合征的患者在脛骨前肌卻觀察不到這種波峰。勞累型骨筋膜間室綜合征的脛骨前肌缺乏反映心率和呼吸頻率的波峰，其機制與筋膜間隔壓力升高，壓迫、阻斷血流有關。比目魚肌在0.4Hz處觀察到的波峰可能與微循環的氧合狀態有關。勞累型骨筋膜間室綜合征患者所有波峰均下降，提示氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的比值下降?，F有的MRI評價組織微血容量主要是通過靜脈快速團注釓對比劑動態增強掃描方法，但這種快速成像方法并不能動態觀察這種依賴時間的微循環變化，BOLD則很好地解決了這個難題。影響BOLD信號改變的因素是多方面的，BOLD信號的解釋不僅僅需要校準過程，而且需要考慮肌肉血容量、血管結構（包括微血管密度、平均毛細血管間隙等）以及場強方向等。事實上這些因素是很難完全滿足的，因此BOLD在分析肌肉血氧含量方面被認為是相對或半定量[11]。

2ASL在骨骼肌中的應用

和其他組織器官一樣，肌肉中一定量的血流灌注是維持細胞存活和細胞代謝的基本條件，正常情況下，肌肉靜息狀態下的血流灌注水平非常低，通常每分鐘每100g組織只有幾毫升[ml/（min/100g）]。骨骼肌肉運動后，其血流迅速增加，并快速達到一個穩定值以適應代謝的需求。目前觀察肌肉血流灌注的MRI方法主要有兩種，一種是動態增強MRI成像，主要依賴外源性MRI對比劑引起靶組織的信號變化，由于外源性的對比劑具有潛在的腎臟危害性，而且動態增強MRI成像不能在較短的時間內重復觀察，從而限制了這種檢測方法的應用。另外一種方法是ASL，ASL是一種全新的MRI技術，它無需注射外源性對比劑，能夠無創觀察微循環血流灌注情況。ASL常采用飽和脈沖或反轉序列在興趣區的上游對血液中內源性質子進行標記，然后在興趣區采集信號。理論上講，血流下降將導致自旋質子信號降低，相反，血流增加可以引起自旋質子信號增加。ASL具有天然的可重復性，它可以在較短時間內重復觀察血流灌注變化。ASL脈沖序列主要有兩種，連續式ASL（CASL）和脈沖式ASL（PASL）。臨床最常用的PASL技術是流動敏感交互式反轉恢復（flow-sensitivealternatinginversionrecovery,FAIR），FAIR相對于其他ASL技術的優點在于FAIR技術可以多層采集，并且不需要預先知道血流方向。但是FAIR技術對于血流通過時間較為敏感，血流通過時間即血流從標記層面到信號采集層面的通過時間，血流通過時間越快，FAIR信噪比越低。

FrankLR等首次報道了ASL在肌肉中的應用，在動態跖屈運動后，采用CASL序列觀察小腿各組肌肉中的血流灌注。BossA等利用FAIR-TrueFISP序列評價前臂肌大運動量運動后的血流灌注情況，結果發現,FAIR技術相對于CASL技術，具有較高的信噪比，能夠有效的減少磁化傳遞、動脈通過時間以及T1差異對灌注值的影響。運動中肌群相對于靜止肌群，其血流灌注明顯增加，血流灌注峰值可以達到221︰6±44.2ml/（min•100g），并可在運動結束后持續2min。WuWC等設計了一個經典的缺血—反應性充血模型，利用CASL技術觀察了四肢肌肉在缺血—反應性充血過程中的血流灌注變化，結果發現小腿、足底以及前臂的肌肉血流灌注有顯著差異，推測這種差異可能與肌群的肌纖維類型有關。相對于其他組織器官，肌肉在運動或受電刺激后，其血流灌注、微血管容量、微血管及組織含氧量變異很大，這些變化對BOLD信號影響大，因此BOLD信號解釋尤為復雜。而ASL技術僅對灌注敏感，所以能夠解釋肌肉運動后復雜的BOLD信號?？傊?，骨骼肌的灌注變化快，而且變化范圍大，ASL能夠及時檢測出骨骼肌灌注的變化，這是ASL優于其他技術之處。但是ASL信噪比低，運動可能產生偽影，使得ASL難以評價肌肉收縮時的血流灌注，未來隨著技術的進步可能會解決這一難題，將使得ASL應用范圍大大提高。

作者：程少容李峰趙林熊飛王鷹曾曉華單位：廣州軍區武漢總醫院放射科