動脈自旋標記在小兒中樞神經系統檢查中的應用

霍英松，周海燕

（海軍指揮學院浦口分院管理處醫療所，南京 210000）

動脈自旋標記（ASL）技術是一種利用磁性標記的動脈血作為一種內源性示蹤劑，對腦部微血管灌注進行定量測量，與動態對比增強的磁共振灌注成像不同，它無須對比劑，是一種可重復使用且無創的影像學檢查手段［1］。動脈自旋標記大體上主要有2種脈沖方式:連續式動脈自旋標記（CASL）和脈沖式動脈自旋標記（PASL）。連續式動脈自旋標記能降低動脈通過時間對灌注的影響，圖像信噪比高，但比較難以實際應用，因為目前臨床磁共振成像（MRI）系統發射射頻的硬件不能提供持久的微型射頻(RF)脈沖［2］；而脈沖式動脈自旋標記對設備要求較低，射頻能量也較低，但對動脈通過時間敏感，血液標記一致性較差，信噪比也較低。而最近幾年出現的準連續式動脈自旋標記（pCASL），則結合了兩者的優點，在臨床上應用逐漸廣泛［3-4］。

目前，在臨床上使用的大多數磁共振設備都可使用動脈自旋標記序列。雖然實際應用中這些設備在標記、成像以及定量等方面均具有著很大的不同，但它們都能為臨床提供一個完整的灌注圖像。因此，動脈自旋標記被廣泛應用于基礎醫學和臨床神經病學的研究，用以評估腦部疾病不同階段血流灌注情況，并可以監測局部區域腦血流量與該區域神經活動的關系，同時提供了大量的病變特征和治療后組織灌注情況。如今動脈自旋標記已被作為觀察腦血流灌注的必要影像學手段。

1 動脈自旋標記在小兒腦部神經發育中的應用

目前，動脈自旋標記作為觀察腦功能的一種生物標記物正逐漸應用于健康人群的篩查和腦發育障礙的檢查，而動脈自旋標記的特點決定了其可被應用于小兒腦部生理發育的觀察。除新生兒外兒童的腦部血液流速一般明顯高于成人，而與高灌注相反的是，兒童大腦的含水量較成人高，因此這將有利于用血液中的水產生一個更大的濃度和更長半衰期的示蹤劑。此外，動脈自旋標記在測量基礎腦血流量時不需要外源性對比劑，這將更加方便對嬰幼兒進行檢查，特別是比需要進行腦部區域激活的功能磁共振更具優勢。

第1個在1.5 T設備上采用脈沖式動脈自旋標記對小兒展開可行性研究［5］顯示，與70%的健康成人相比，小兒腦部灌注圖像具有更高的信噪比。最近有學者［6-7］在1.5 T和3.0 T設備上利用連續式動脈自旋標記或脈沖式動脈自旋標記對兒童腦部血流灌注變化進行了系統的調查，對一組年齡為4～5歲兒童的腦部灌注觀察發現，腦部血流量隨著年齡的增長和灰質、白質的發育成熟而減少，這與現有已發表的相關核醫學研究［8］所得出的結論相一致。從局部腦血流量的變化軌跡來看，隨著年齡的增加，局部腦血流量也相對隨之增加，特別是在額葉皮層、角回、扣帶皮層和海馬等區域更為明顯，這可能是由于這些皮質區域的成熟以及大腦的執行功能、認知控制功能、綜合分析功能和記憶功能的逐漸完善［9］所致。 Taki等［10］針對 202 名年齡為 5～18 歲的健康兒童進行研究，在大腦22個區域分別計算灰質密度和腦部灌注來觀察大腦結構發育和灌注變化，結果發現，隨著年齡的增加，主要腦葉區域灰質密度達到最大值，依次為枕葉、額葉、顳葉和頂葉，灰質密度與年齡之間的相關性呈倒U形軌跡，而灌注卻呈一個正U形軌跡。

動脈自旋標記也被逐漸應用于新生兒和嬰幼兒，在一項利用動脈自旋標記對未使用鎮靜劑的新生兒腦部進行觀察發現，新生兒皮質灌注水平比成年人低，但基底節區的灌注顯著高于灰質和白質，這與該年齡組的PET成像所得出的結果具有一致性［11］。 最近的一項研究［12］比較了 7～13 個月發育正常的嬰兒睡覺時的腦部灌注圖像，所有嬰兒均未使用鎮靜劑，結果顯示，13個月的嬰兒組相對腦血流量與其他組均有增加，尤其是在海馬、前扣帶回、杏仁、枕葉以及聽覺皮層增加最明顯。 de Vis等［13］利用脈沖式動脈自旋標記對33位早產 （胎齡為30周）及足月（出生3個月）的新生兒進行了檢查，通過評估腦部灌注進而觀察其腦部發育情況。結果發現足月兒腦部灌注明顯高于早產兒，尤其在枕葉和額葉皮質區域灌注差距更為明顯，而基底節和丘腦區域則為個體特別是足月兒腦部灌注最高區域。實驗表明，動脈自旋標記技術是一種有效的測量腦部灌注變化并且評估新生兒大腦發育的非侵入性檢查手段。

2 動脈自旋標記在小兒腦部疾病中的應用

動脈自旋標記由于為非侵入式檢查，因此其在對兒童的檢查中具有很大的優勢，現已被應用于評估鐮狀細胞疾病兒童的腦部組織灌注，可以明確地顯示出動脈分支區腦組織的高灌注，其檢查結果與以往 PET 檢查結果相一致［14］。Strouse 等［15］利用連續式動脈自旋標記對24例鐮狀細胞貧血患兒進行檢查后發現，動脈自旋標記可在無需鎮靜的情況下更敏感地發現灌注增高的腦組織區域，并可以為神經功能損害的治療提供可靠的評估依據，同時還得到了患兒腦部灌注和智商成反比這樣一個意外的結果。但van den Tweel等［16］利用動脈自旋標記觀察鐮狀細胞貧血患兒腦部，發現患兒腦血流量和對照組之間沒有明顯差異，出現心源性猝死的患兒腦部存在左右半球血流灌注不對稱的現象，而健康的對照組就不存在這種現象。

在對小兒動脈缺血性腦卒中的檢查中，動脈自旋標記觀察到腦血流灌注不足與血管狹窄、病變擴散程度以及梗死體積有密切的聯系，同時也觀察到灌注和擴散病變之間有時存在不匹配［17］。這項研究表明，動脈自旋標記在診斷小兒動脈缺血性腦卒中方面有很大的臨床實用價值。 Licht等［18］利用動脈自旋標記對先天性心臟病患兒腦部灌注情況進行觀察，認為動脈自旋標記可以有效地評估先天性心臟病患兒腦部基礎灌注的下降，并能反應腦室周圍軟化白質的灌注下降和與高碳酸血癥引起的血液流動反應的缺乏。Wang等［19］使用脈沖式動脈自旋標記測量先天性心臟病患兒腦部血流量，發現患兒腦部灌注明顯降低，并且腦部發育滯后。動脈自旋標記可用于對動靜脈畸形的診斷和隨訪中，用以更加清晰的顯示更多潛在的動靜脈血管分流［20］。Winter mark等［21］利用動脈自旋標記評估了4名患有缺血性腦卒中的新生兒（出生1個月）腦部灌注情況。結果發現，所有患兒腦部對應卒中區域均出現灌注異常，其中1名患兒卒中區域灌注增加，而另外3名患兒卒中區域的中心灌注增加而外周灌注減少。筆者認為，動脈自旋標記可以有效地評估新生兒缺血性腦卒中的灌注改變，為制定有效的治療方案和預防策略，明確卒中發病機制提供了客觀依據。

新生兒缺血缺氧性腦病是導致兒童神經系統損傷的常見原因之一。腦血流量的改變在腦損傷發生方面起著非常重要的作用，動脈自旋標記可以為新生兒缺血缺氧性腦病的腦部灌注異常提供診斷依據。Miranda等［22］利用動脈自旋標記對通過相同校正胎齡的正常早產兒與足月兒局部腦灌注進行了可行性研究，結果顯示，足月兒灌注值較早產兒顯著下降，同時2組不同腦區間的灌注量也存在明顯差異，這與以往PET檢查結果一致。Wintermark等［23］認為，動脈自旋標記可以有效地篩選需要接受低溫治療的出生時發生窒息的新生兒，這些患兒將接受低溫治療，以避免腦部組織在治療后出現缺血再灌注損傷。

冀旭等［24］應用連續式動脈自旋標記對足月缺血缺氧性腦病患兒腦血流量進行定量測量，結果發現，在正常對照組，足月兒頂葉皮層的CBF比基底節區低，差異有統計學意義（P＜0.01）；白質血流量（CBF）較灰質低（P＜0.01）。 實驗組各感興趣區 8～24 h CBF值與正常對照組水平相比明顯降低（P＜0.05）；在缺血缺氧后48 h，實驗組白質CBF值與正常對照組無明顯差異，基底節區和頂葉皮層的CBF顯著高于正常對照組 （P＜0.05）；7～12 d實驗組與對照組各感興趣區CBF無明顯差異。在生后48 h，實驗組頂葉皮層和基底節區出現充血現象（P＜0.05），證實了動脈自旋標記對新生兒缺血缺氧性腦病早期診斷具有重要的價值。Pienaar等［25］認為，缺血性損傷的腦組織的表觀擴散系數（ADC）會出現降低，而降低的程度與灌注的改變密切相關。他們研究了7例腦部缺血缺氧的患兒以及2例局灶性動脈缺血性卒中患兒（出生0～3 d）的ADC值下降程度及灌注的改變，同時利用了6例正常的新生兒（出生1 d～4周）作為對比，通過彌散加權成像和動脈自旋標記檢查后發現ADC降低的區域灌注增高，同時灌注異常增高的范圍大于ADC異常范圍。

綜上所述，隨著MRI成像技術的不斷完善，動脈自旋標記正逐漸受到重視。作為一種完全無創性的新型灌注成像方法，動脈自旋標記采用磁性標記的動脈血作為內源性造影劑進行局部腦組織灌注的測量，觀察灌注改變，在發病機制中發揮著重要的作用，這一影像技術對于腦部疾病的檢測具有很大的實用價值，并為今后對腦部疾病的治療、隨訪及科研等活動提供重要的影像學依據。

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