三維動脈自旋標記在腦血管疾病中的應用進展▲

王一媚 張 千 張 兆 胡北泉

(廣西南寧市第一人民醫院神經內科一區，南寧市 530021)

【提要】 腦血管疾病的發病率、死亡率及致殘率均高，并且趨于年輕化。我國流行病學資料表明，腦血管疾病在人口死因中占據重要位置。隨著影像學設備及技術的發展，腦血管疾病能更早期被發現，從而能更及時地進行干預，對提高患者預后及生活質量具有重要意義。隨著影像學的發展，越來越多的成像技術不斷用于腦血管疾病的診斷與評估中，而三維動脈自旋標記(3D-ASL)作為一項新的成像技術已應用于臨床并取得滿意的效果，其具有無創傷、重復性好、簡便易行等優勢。

腦血管疾病包括因栓塞和血栓形成導致的血管腔閉塞、血管破裂、血管壁損傷或通透性發生改變，及血黏度增加或血液成分異常變化引起的疾病。腦血管疾病現成為導致人類死亡的重要原因，幸存的患者中大部分人有不同程度的偏癱、肢體麻木及言語障礙等后遺癥，對身心健康及生命安全造成嚴重威脅，故早診斷和早治療是改善患者預后的重要手段。灌注成像的發展為腦血管疾病的診斷翻開了新的篇章，其有助于發現缺血半暗帶及血流動力學異常。單光子計算機斷層成像術(single photon emission computed tomography，SPECT)、彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)的飛速發展為腦血管疾病的診斷及治療作出了巨大貢獻。SPECT能靈敏反映局部腦血流量的變化，在腦血管疾病診斷方面有重要應用價值[1]，但因其對人體有輻射而不能被廣泛運用。DWI技術對活體組織內水分子擴散的檢測可以基于無創條件實現，可及時發現早期腦梗死病變，其不足之處在于對腦血流灌注異常難以發現和顯示。PWI技術可以對腦血流灌注進行檢測并對異常情況及時提示，其不足之處在于對血腦屏障完整性具有一定的依賴性。另外，在對比劑過敏、腎功能差及靜脈開通條件差的患者中應用受到了一定限制。近年來三維動脈自旋標記(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)技術得到快速發展，它是一項無創性灌注功能成像技術，并具有可重復性、簡便易行等優點，在腦血管疾病中的應用日益廣泛。

1 3D-ASL技術的發展

動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)技術的最早提出始于1992年，在功能MRI(functional MRI，f MRI)技術的發展過程中，臨床檢測為了實現對組織血流灌注情況進行顯示和反應，基于ASL的理論及新序列的開發研究，在核磁共振成像的基礎上發展出了無創性灌注功能成像的ASL技術，該技術因其無創性，一經提出便在臨床應用中贏得廣泛認同[2]。ASL技術的基本成像原理是對動脈血中近端的氫質子用連續反轉恢復脈沖進行標記，組織中未標記的氫質子與標記的氫質子發生交換作用并產生相應的信號被核磁共振線圈接收，即可得到標記像，未標記的氫質子流出靜脈后也可產生信號，此時掃描得到的圖像即為控制像；標記像和控制像的差值即得到腦血流量(cerebral blood flow，CBF)圖像[3]。ASL按照動脈性質可以分為三種類型，第一種是脈沖式動脈自旋標記(pulsed arterial spin labeling，PASL)，第二種是連續動脈自旋標記(continuous arterial spin labeling，CASL)，第三種是假連續脈沖動脈自旋標記(pseudo-continuous arterial spin labeling，PCASL)。其中CASL具有成像范圍大、信噪比高、測量層面多、層面大小可調節性高的優點，但是由于硬件設備的技術限制，其在實際臨床治療上應用較少，主要原因在于其長脈沖的要求對臨床大部分MRI設備而言目前難以實現[4]。而PASL在臨床診斷上應用廣泛，主要優點在于脈沖時間短、設備要求不高，不過該技術也存在一定的不足和局限性，主要體現在信噪比低、灌注不均勻等，容易對成像造成干擾，影響最終成像質量[5]。PCASL技術的主要優點在于對CASL技術和PASL技術進行了優點綜合，信噪比較PASL高50%，標記率較CASL高12%[6]。3D-ASL能在1.5 s內完成準連續式標記的次數超過1 000次，大范圍灌注成像，提高了灌注成像的可靠性及對比性。不僅如此，3D-ASL采用阿基米德螺旋spiral K空間采集技術，最終影像的構建通過對spiral K空間原始數據進行轉換來實現，具有很高的保真度。就采集效率而言，在目前的所有采集技術當中，spiral采集方式位居第一，比回波平面成像(echo planar imaging，EPI)高20%[7]。另外，spiral采集的另外兩個優點表現為提升信噪比和減少偽影，有效地提升了最終成像質量[8]。眾多國內外專家學者在腦組織血流灌注的臨床應用上對3D-ASL技術進行了實驗驗證，結果表明其準確性較高，與PWI技術相比，在臨床腦血流異常灌注的檢測效果上并無差異，不僅如此，大量實驗顯示其敏感性更高[9]，對于DWI與MRA雙陰性的灌注異常具有很高的辨識率[10]。一項臨床對比試驗對ASL和PWI對異常灌注的顯示概率進行了研究[11]，基于32名缺血性腦梗死患者的試驗結果顯示前者相比于后者具有更高的檢出率。3D-ASL技術是組織灌注成像領域的前沿技術，其主要優點包括：(1)信噪比高、成像范圍大，具有更高的異常灌注檢出率；(2)操作簡單，具有無創性，患者的依從性高；(3)費用低、重復性好，具有很好的經濟性，利于臨床大范圍普及應用[12]。3D-ASL對于灌注異常的責任血管的分辨并不準確，而聯合應用MRA提高了檢查的特異性及敏感性[12]。但隨著血管編碼動脈自旋標記技術、流速選擇性動脈自旋標記技術等[13]的出現，對于責任血管的定位更加準確，這都將使ASL在腦血管疾病中的應用前景更加廣闊。

2 3D-ASL在腦血管疾病中的應用

2.1 在頸內動脈系統狹窄方面的應用 臨床發現，許多頸內動脈系統狹窄的患者并未發生腦血管意外，是因為頸內動脈系統重度狹窄或閉塞會導致腦組織呈低灌注狀態，但在血管狹窄部位、腦血管反應性及側支循環等多因素的影響下，最終并不會發展至短暫性腦缺血發作，甚至于腦梗死。血管狹窄引起的腦組織灌注不足向腦梗死發展需要經歷三個主要的病理生理過程：第一，血管狹窄引起腦組織灌注壓在一定范圍內波動，機體利用毛細血管及小血管擴張的方式進行代償，使得CBF保持相對穩定；第二，腦組織灌注壓逐步下降，機體的多種代償方式均不足以維持CBF的穩定，CBF就會隨之下降，部分神經功能開始出現異常，但此時CBF仍處于可逆性階段；第三，腦灌注壓逐漸下降，機體各項儲備能力開始進入失代償期，CBF迅速降低超出閾值，神經細胞將出現不可逆性損害，形成腦梗死[14]。故早期了解頸內動脈系統狹窄患者是否存在灌注異常，對腦卒中的預防有著至關重要的作用。饒欽盼等[15]對經頭頸部CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)檢查篩選出的17例頸內動脈狹窄者(病例組，并分為輕、中、重三級)及16例頸內動脈無狹窄者(正常組)的研究中發現，通過磁共振3D-ASL技術測量各感興趣區的平均CBF值，可以定量地評估頸內動脈狹窄患者的腦血流灌注特征，從而為臨床預防、治療缺血性腦血管病提供影像學依據。宋宏濤[16]對22例經數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)或磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)診斷為單側大腦中動脈或頸內動脈重度狹窄或閉塞的患者(分為重度狹窄組和閉塞組)進行研究，通過3D-ASL分別測量患側與健側的CBF值，評估頸內動脈系統狹窄或閉塞后的腦組織灌注情況，對患側、健側血流量差異較大者起到警示作用，對于指導臨床早期制定個體化治療方案具有重要意義，可減少腦血管疾病的發生、發展。

2.2 在短暫性腦缺血發作方面的應用 短暫性腦缺血發作(transient ischemic attack，TIA)指的是腦動脈短暫性供血障礙，導致數分鐘到數小時不等的局灶性神經功能缺損或視網膜功能障礙，一般不超過 24 h，不遺留神經功能缺損癥狀及體征。TIA患者發生卒中的概率比一般人群高，一次TIA發作后1個月內有4%～8%的概率發生腦卒中，1年內達12%～13%[17]。由此可見TIA的早期診斷對預后尤為重要。PWI能夠顯示TIA患者發作間期的腦灌注異常，其可為TIA的診斷、治療提供進一步的影像學依據[18]。對血管狹窄TIA微循環灌注的臨床診斷而言，PWI是最有效的方法[19]。PWI需要注射對比劑，在臨床上的運用存在一定的局限性，而3D-ASL無這方面的限制。3D-ASL與PWI兩種方法對判斷TIA患者的血流灌注情況具有一致性[20-21]。3D-ASL可定量分析全腦血流灌注情況，作為一種無創的影像學檢查方法，對研究TIA的血流動力學具有重要價值。申強等[22]研究表明，ASL檢測TIA腦血流量灌注異常時與PWI具有相同的效果，但其敏感度更高。由此可見3D-ASL灌注成像對TIA的靈敏度更高，但其不能反映責任血管的情況。而有研究表明[23]，3D-ASL與MRA聯合應用既能顯示腦組織灌注異常程度及范圍，又能明確血管病變部位及狹窄程度，提高TIA診斷的靈敏度及特異度，為臨床制訂精細、個體化的治療方案提供有利依據。

2.3 在腦梗死方面的應用 腦梗死[24]指的是腦部供血障礙造成不可逆性腦組織缺血、缺氧性壞死。腦梗死致殘致死率高，在世界范圍內發病率逐年升高，臨床治療的關鍵在于早期確診、責任血管再通和側支循環的重新建立。CT能早期排除出血性腦梗死，但一般情況下未能顯示24 h內的腦梗死病灶。而磁共振具有較高的軟組織分辨力，在腦梗死等疾病診斷中更具有優勢。DWI技術對活體組織內水分子擴散的檢測為無創的，對于早期腦梗死病變可及時發現，但是其不足之處在于對腦血流灌注異常難以發現和顯示。PWI技術可以對腦血流灌注進行檢測并對異常情況及時提示，其不足之處在于對血腦屏障的完整性具有一定的依賴性。另外在對比劑過敏、腎功能差及靜脈開通條件差的患者中應用受到一定限制。3D-ASL可無創性檢測出腦組織灌注異常，對早期診斷腦梗死起到關鍵作用。符沁芯[25]探討3D-ASL聯合MRA及DWI評價急性腦梗死缺血半暗帶的臨床應用價值，發現3D-ASL可以客觀反映急性腦梗死區血流灌注情況，聯合MRA及DWI掃描能夠準確判斷缺血半暗帶的存在并界定其范圍。3D-ASL能夠顯示腦梗死溶栓術后低灌注向高灌注的轉換，為評價急性腦梗死患者的溶栓療效提供重要依據[26]。3D-ASL不僅能對缺血性腦卒中進行定性、定位診斷，還能對其嚴重程度進行定量評估，有望成為腦血管病的常規定量檢查方法，有助于缺血性腦梗死的早期預測和診斷[27]。目前3D-ASL已經不斷運用于臨床，相信在不久的將來，可作為腦梗死的一項常規檢查手段，能明確診斷早期腦梗死，使腦梗死的治療更及時，預后更好。

2.4 在蛛網膜下腔出血方面的應用 蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)后遲發性腦缺血(delayed cerebral ischemia，DCI) 通常發生在SAH后4～14 d。DCI的主要誘因在于炎性反應等誘發腦血管痙攣[28-29]，其預防和治療目前較為困難。動脈瘤性蛛網膜下腔出血(aneurismal subarachnoid hemorrhage，aSAH)在腦梗死患者中占比僅5%，但是其致殘致死率達到40%[30]。對DCI術后并發癥的研究發現，腦缺血概率達到20%～81%[31]。因此，若能早期預測aSAH的腦缺血并發癥，可顯著改善患者的預后。陳琳等[32]對30例aSAH患者術后隨訪3個月，將所有患者分為非遲發性腦缺血組和遲發性腦缺血組，而對照組則選擇同一時期收治的10例動脈瘤未破裂出血患者。所有患者均在起病后3～14 d內行3D-ASL檢查，分析血流動力學變化情況。結果顯示DCI的發生與患者早期預后顯著相關，3D-ASL為aSAH早期預后評估的一種有效的影像學檢查工具。

2.5 在煙霧病方面的應用 煙霧病[33]是腦血管疾病的一種，分為兒童型和成年型。兒童型以腦缺血為主，成人型以腦出血為主。目前該病發病原因尚未明確，會出現多種神經系統癥狀，對患者的影響極大，故早期診斷煙霧病非常重要。田冰等[34]對24例成人煙霧病患者行全腦CT灌注成像及3D-ASL檢查，計算大腦中動脈供血區的相對CBF后，發現3D-ASL可以較為準確地對成人煙霧病患者皮層灌注狀態進行定量評估，且與全腦CT灌注成像具有良好的一致性。王芳等[35]對16例腦血管病變患兒(煙霧病9例，腦血管畸形7例)均行3.0T MR T1WI、T2WI、T2-FLAIR、DWI、MRA及3D-ASL檢查，測量兩組患者病變部位的CBF，計算病變與對側的相對CBF并進行分析。結果顯示兒童煙霧病所累及區域的相對CBF往往低于腦血管畸形，3D-ASL可對CBF值進行定量分析并能更準確地顯示病變的具體部位。3D-ASL對腦血管疾病的定性診斷發揮著舉足輕重的作用，但其成像參數較為單一，故在煙霧病等特殊血流動力學表現的疾病中應用的準確性和穩定性尚需要進一步研究。

3 總結和展望

綜上所述，3D-ASL在頸內動脈狹窄、短暫性腦缺血發作、腦梗死、蛛網膜下腔出血及煙霧病等腦血管疾病的診治方面得到廣泛應用，逐漸成為腦血管疾病診斷、治療后評價的重要影像學手段。雖然3D-ASL仍存在不足，但隨著磁共振技術的不斷發展和完善，3D-ASL的發展和應用空間也不斷拓寬，并對腦血管疾病的臨床診斷、治療及隨訪評價產生重要影響。