磁共振動脈自旋標記灌注成像在中樞神經系統疾病診斷中應用的研究進展

李曉滿，王澤穎

(1濰坊醫學院，山東濰坊261053；2 濰坊市中醫院)

磁共振動脈自旋標記灌注成像在中樞神經系統疾病診斷中應用的研究進展

李曉滿1，王澤穎2

(1濰坊醫學院，山東濰坊261053；2 濰坊市中醫院)

動脈自旋標記灌注成像(ASL)技術是一種新興的磁共振影像技術，可通過標記內源性示蹤劑進行磁共振灌注成像，不需要造影劑，安全無害，能準確反映腦組織的灌注情況。近年來，ASL在缺血性腦血管病、血管性癡呆、煙霧病、腦動靜脈畸形、腦腫瘤等診斷方面發揮了重要作用。

磁共振動脈；動脈自旋標記；中樞神經系統；診斷

動脈自旋標記灌注成像(ASL)是通過標記內源性示蹤劑的磁共振灌注成像方法，與CT灌注成像、磁敏感灌注成像(DSC-PWI)相比，ASL不需要造影劑，安全無害，能準確反映大腦灌注量。因ASL以內源性水分子為示蹤劑，無過敏反應、無輻射、無腎毒性損害，其適應范圍較廣。本文對近年來ASL在中樞神經系統疾病診斷中的應用情況進行綜述。

1 ASL基本原理

ASL在灌注成像過程中使用特殊的射頻脈沖技術標記動脈血水分子，在興趣區的血流上游層面(標記層)對流入血進行標記，待被標記的血流進入興趣區血管后再進行磁共振圖像采集，通過對標記前后的興趣區圖像進行減影，即可獲得興趣區的血管影像。如果被標記的血流進入組織并與組織中的水進行交換，組織的T1值會發生變化，因此將標記前后興趣區組織的T1信號相減即可獲得興趣區腦血流量(CBF)的灌注信息，從而評估血管灌注情況，指導臨床診斷治療。因ASL通過標記內源性水質子，其測定的腦血流量不受血腦屏障的影響，因此能夠更加準確地反映腦血流量。此外，ASL不需要造影劑，不受造影劑代謝時間限制，可根據病情重復掃描，掃描過程簡單、方便、安全。

ASL成像序列包括連續動脈自旋標記(CASL)、脈沖動脈自旋標記(pASL)、偽連續動脈自旋標記(pCASL)、流速選擇動脈自旋標記(VS-ASL)、血管編碼動脈自旋標記(VEASL)等。CASL利用長時間連續射頻脈沖對動脈血內水分子進行標記，信噪比高于pASL，但進行掃描時需要專用線圈，易受設備的限制，臨床應用較少。pASL則使用多個短脈沖對動脈血水分子進行標記，不受磁共振設備限制，但受檢者的能量吸收效率低且磁化轉移效應可導致信噪比低，臨床應用也較少[1]。pCASL通過切換梯度場、組合多個短脈沖，減輕了磁化轉移效應，摒棄了CASL、pASL兩者的缺點，臨床應用較廣泛[2]。后兩種是近年來新興的ASL成像技術，VSASL只對特定的慢速血流流速進行標記,易受靜脈、腦脊液等其他流體的干擾，信噪比低[3]。VEASL在ASL成像原理的基礎上施加橫向梯度場進行編碼，實現對流速和空間選擇的不同標記，不僅可以顯示單一血管的遠端分支或灌注影像，而且可以同時顯示多支血管的血流灌注情況。研究表明，pCASL與VEASL結合可顯示深穿支小血管[4]。

2 ASL在中樞神經系統疾病診斷中的應用

2.1 ASL在缺血性腦血管病的應用 缺血性腦血管病由于組織有效血容量不足，使相應血管供應的腦組織區域損傷，出現相應的臨床癥狀體征。腦組織血流中斷超過2 min時腦電活動即停止，超過5 min時則出現不可逆的損傷。在腦組織損傷早期行常規顱腦磁共振彌散加權成像(MRI-DWI)序列掃描時，不能顯示相應的腦缺血病灶，且腦梗死患者行DWI掃描存在約30%的假陰性率，因此需要有效的輔助檢查方法彌補其不足，以提高早期診斷率。徐敏等[5]研究發現，短暫性腦缺血發作(TIA)患者行ASL掃描可以在DWI顯示病灶之前顯示責任病灶的低灌注表現，表明ASL對TIA的早期診斷價值優于DWI；如DWI掃描結合ASL，則可以確定腦梗死患者缺血半暗帶的范圍，從而為確定缺血半暗帶提供一種安全、無創的檢查方法。此外，國外學者同樣認為，ASL技術可以與DWI結合，進而確定灌注失匹配情況[6～8]，從而為早期確診急性缺血性腦血管病提供依據。張永霞等[9]分別用ASL、DSC-PWI研究32例缺血性腦梗死患者梗塞部位腦灌注的情況，發現ASL顯示28例腦梗死患者灌注異常，DSC-PWI各參考指標中顯示PWI-CBF、PWI-CBV、PWI-MTT及PWI-TTP灌注異常者分別為18、18、19和21例，表明ASL在臨床應用中能夠較真實可靠地反映缺血性腦梗死的低灌注狀態。此外，ASL作為篩查大腦血流量異常的一種手段，可使處于亞健康的人群最大程度受益。

ASL血流灌注圖是由磁共振儀器自帶的軟件對ASL原始圖像進行加工處理得到，在灌注圖上可以根據顏色的深淺判斷腦組織供血情況。另外，在ASL原始圖像上可以根據明亮血管征像，判斷有無血管閉塞或狹窄。當血管閉塞或狹窄時，在ASL原始圖像閉塞或狹窄血管的走形區呈高信號，呈圓形、斑點狀或條索狀的明亮血管征。Tada等[10]以34例大腦中動脈閉塞患者為研究對象，發現ASL明亮血管征顯示血管閉塞敏感度、特異度比MRI-T2WI序列上的大腦中動脈走形區域內的低信號影即磁敏感血管征高，但與MRA相比存在假陰性率，表明ASL明亮血管征象在診斷血管閉塞時比T2WI序列的磁敏感血管征準確率高,在缺少MRA時,可以通過ASL明亮血管征評估血管。Majer等[11]以90例腦梗死患者為研究對象，研究磁共振序列(ASL、TOF-MRA、EPI T2、FLAIR)在診斷腦梗死的價值，結果為ASL明亮血管征診斷腦梗死的敏感度(89%)、特異度(97%)最高，提示ASL原始圖像明亮血管征與腦梗死密切相關。Okazaki等[12]研究發現，ASL明亮血管征可對急性腦梗死溶栓患者進行評估，提供血管是否再通的證據。

ASL結合乙酰唑胺腦血流負荷試驗觀察腦血流儲備能力，應用此方法可盡早發現隱匿性腦血容量不足，顯示腦組織低灌注狀態，從而利于腦血管疾病的一級預防[13]。ASL也可用于急性腦梗死與其他疾病的鑒別診斷，如急性期腦梗死與病毒性腦炎在DWI序列上均表現為高信號且彌散受限，但前者在ASL灌注圖上顯示為低灌注，腦炎患者因炎癥反應、血管擴張充血，在ASL上顯示為不均勻的等或高灌注信號[14]。

2.2 ASL在腦梗死后出血性轉化評估中的應用 由于腦梗死部位能量代謝異常、血腦屏障的損傷，梗死部位失去了血管自動調節功能，易發生出血性轉化，導致病情進一步進展。目前，腦梗死后出血性轉化的評估指標較少，大多只能根據患者的癥狀、體征進行評估。近年來，有學者把ASL應用到梗死后出血性轉化領域，有了較新的研究發現。bIVARD等[15]研究發現，腦梗死部位或責任血管區域如ASL顯示高灌注，預示患者24 h內較少從組織缺血半暗帶進展為梗塞，提示臨床預后良好。但Yu等[16]提出相反的觀點，認為梗塞部位再灌注是腦梗死后出血轉化的危險因素，卒中后任意時間內發生的再灌注均與梗死后出血呈正相關，DWI損傷區域再灌注出血的概率比無灌注異常的患者高3倍。因國內外在ASL腦梗死出血性轉化領域研究較少，ASL在其中的作用尚待進一步研究。

2.3 ASL在其他腦血管疾病診斷中的應用 ASL可全面反映缺血性腦血管病的血流灌注狀態，動態觀察血流灌注恢復情況。研究發現，血管性癡呆患者ASL腦灌注圖中，左額葉、顳葉白質區域顯示低灌注可與其他類型的癡呆鑒別診斷[17]。ASL可以用于評估煙霧病患者的血管儲備能力，檢測煙霧病顳淺動脈-大腦中動脈旁路手術后的血管高灌注狀態[18]。此外，基于ASL的新興腦血管成像技術ASL-4D MRA可監測煙霧病進展，評估手術再灌通治療后的效果[19]。利用ASL圖像對腦動靜脈畸形患者行掃描時出現的“竊取征象”，可監測動靜脈畸形患者的預后，測定腦動靜脈畸形介入栓塞術后分流血管的減少情況[20,21]。此外，ASL也可以用于診斷蛛網膜下腔出血后的痙攣狀態[22]。

2.4 ASL在腦腫瘤診斷中的應用 車英玉等[23]以手術病理證實腦腫瘤患者16例為研究對象，對比研究ASL與DSC灌注技術在腦腫瘤的應用，結果發現ASL與DSC所測的腦血流量間有顯著相關性，ASL評價腫瘤供血的敏感性優于DSC。周欣等[24]研究發現，ASL對腦腫瘤腦血流量測定的敏感性優于DSC。星形膠質細胞瘤是最常見的神經上皮腫瘤，生存率低，預后差，因不同級別腫瘤治療方式不同，因此對星形細胞瘤進行分級對臨床具有非常重要的意義。江晶晶等[25]對10例低級別星形細胞瘤和13例高級別星形細胞瘤行ASL灌注成像,結果發現，低級別與高級別腫瘤腦血流量存在差異，且ASL測定的腦腫瘤血流量與腫瘤級別顯著正相關，提示可以根據腦血流量對星形細胞瘤進行分級。李勇等[26]研究發現，ASL可以用于低級別與高級別腦腫瘤的鑒別診斷，ASL結合磁共振常規掃描可提高對腫瘤的診斷率。

綜上所述，ASL是新興的腦灌注成像技術，與DSC-PWI、CTP、正電子發射斷層成像(PET)相比有自己的優點，不僅可提供腦組織的血流灌注信息，而且可提供血管閉塞的信息。ASL可以作為臨床腦血流量測量方法，在TIA、缺血半暗帶及腦梗死后再出血的評估中作為首選，在腦腫瘤分級評估中可作為輔助檢查方法，結合DWI可用于早期對腦梗死的診斷。

[1] Ishimori Y, Monma M, Kawamura H, et al. Time spatial labeling inversion pulse cerebral MR angiography without subtraction by use of dual inversion recovery background suppression[J]. Radiol Phys Technol, 2011,4(2):78-83.

[2] Wu WC, Fernandez-Seara M, Detre JA, et al. A theoretical and experimental investigation of the tagging efficiency of pseudo continuous arterial spin labeling [J]. Magn Reson Med, 2007,5(58):1020-1027.

[3] Zaharchuk G. Arterial spin label imaging of acute ischemic stroke and transient ischemic attack[J]. Neuroimaging Clin N Am, 2011,2(21):285-301.

[4] Okell TW, Chappell MA, Woolrich MW, et al. Vessel -encoded dynamic magnetic resonance angiography using arterial spin labeling [J]. Magn Reson Med, 2010,64(2):430-438.

[5] 徐敏，楊軍樂，鄔小平，等.ASL與DWI在急性缺血性腦血管病中的診斷價值[J].現代醫用影像學，2014，5(23):461-465.

[6] Hsu CY, Cheng CY, Tsai YH, et al. Perfusion-diffusion mismatch predicts early neurological deterioration in anterior circulation infarction without thrombolysis [J]. Curr Neurovasc Res, 2015,12(3):277-282.

[7] Wang DJ, Alger J, Qiao JX, et al. The value of arterial spin -labeled perfusion imaging in acute ischemic stroke: comparison with dynamic susceptibility contrast enhanced MRI[J]. Stroke, 2012,43(4):1018-1024.

[8] Kamano H， Yoshiura T， Hiwatashi A， et al. Arterial spin labeling in patients with chronic cerebral artery steno-occlusive disease: correlation with (15) O-PET [J]. Acta Radiol, 2013,54(1):99-106.

[9] 張永霞，張順，姚義好，等.3D-ASL與DSC-PWI在缺血性腦梗死患者中的對比研究放[J].放射學實踐，2014,8(29):901-905.

[10] Tada Y, Satomi J, Abe T, et al. Intra-arterial signal on arterial spin labeling perfusion MRI to identify the presence of acute middle cerebral artery occlusion[J].Cerebro vasc Dis, 2014,38(3):191-196.

[11] Majer M, Mejdoubi M, Schertz M, et al. Raw arterial spin labeling data can help identify arterial occlusion in acute ischemic stroke [J]. Stroke, 2015,46(6):141-144.

[12] Okazaki S, Griebe M, Gregori J. Prediction of early reperfusion from repeated arterial spin labeling perfusion magnetic resonance imaging during intravenous thrombolysis[J]. Stroke, 2016,47(1):247-250.

[13] Bokkers RP, Osch MP, Klijn CM, et al. Cerebrovascular reactivity within perfusion territories in patients with an internal carotid artery occlusion[J]. Neurosurg Psy, 2011,82(9):1011-1016

[14] 毛傳萬，付玉川，葉信健，等.磁共振3D-pcASL灌注成像在鑒別急性腦梗死和腦炎的應用價值[J].中華醫學雜志，2015,6(95):1846-1848.

[15] Bivard A, Stanwell P, Levi C, et al. Arterial spin labeling identifies tissue salvage and good clinical recovery after acute ischemic stroke [J]. Neuroimaging, 2013,23(3):391-396.

[16] Yu S, Liebeskind DS, Dua S, et al. Post ischemic hyper perfusion on arterial spin labeled perfusion MRI is linked to hemorrhagic transformation in stroke[J]. Cereb Blood Flow Metab, 2015,35(4):630-637.

[17] Gao YZ, Zhang JJ, Liu H, et al. Regional cerebral blood flow and cerebrovascular reactivity in Alzheimer′s disease and vascular dementia assessed by arterial spin labeling magnetic resonance imaging[J]. Curr Neurovasc Res, 2013,10(1):49-53.

[18] Zhao WG, Luo Q, Jia JB, et al. Cerebral hyper perfusion syndrome after revascularization surgery in patients with moyamoya disease[J] . Br J Neurosurg, 2013,27(3):321-325.

[19] Uchino H, Ito M, Fujima N, et al. A novel application of four-dimensional magnetic resonance angiography using an arterial spin labeling technique for noninvasive diagnosis of Moyamoya disease[J]. Clin Neurol Neurosurg, 2015,137:105-111.

[20] Fiehler J, Illies T, Piening M, et al. Territorial and microvascular perfusion impairment in brain arteriovenous malformations[J]. Neuroradiol, 2009,30(2):356-361.

[21] Suazo L, Foerster B, Fermin R, et al. Measurement of blood flow in arteriovenous malformations before and after embolization using arterial spin labeling[J]. Interv Neuroradiol, 2012,18(1):42-48.

[22] Aoyama K, Fushimi Y, Okada T, et al. Detection of symptomatic vasospasm after subarachnoid hemorrhage: initial findings from single time-point and serial measurements with arterial spin labeling[J]. Eur Radiol, 2012,22(11):2382-2391.

[23] 車玉英,楊子濤,程敬亮,等.3D ASL與DSC灌注技術在腦腫瘤的對比研究[J].臨床放射學雜志,2014,33(5):770-773.

[24] 周欣,張華文,周琳,等.動脈自旋標記成像與動態磁敏感增強在腦腫瘤中的對比應用[J].實用醫學影像雜志,2016,17(1):21-23.

[25] 江晶晶，趙凌云，姚義好,等.三維動脈自旋標記灌注成像在星形細胞瘤術前分級中的應用[J].放射學實踐,2014,29(8):896-900.

[26] 李勇，喬飛，孔祥泉, 等.3D-ASL 全腦灌注成像在腦腫瘤術前診斷與分級中的應用價值[J].臨床放射學雜志,2015,34(6):871-875.

·個案報告·

王澤穎(E-mail: wshan63@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.46.035

R816.1

A

1002-266X(2016)46-0111-03

2016-03-29)