動脈自旋標記MRI技術在腦底異常血管網病中的應用與發展

沈栩軒綜述 韓 聰審校

腦底異常血管網病，又稱煙霧病（moyamoya disease，MMD），是一種原因不明的慢性進展性腦血管疾病，以雙側頸內動脈末端和/或大腦前、中動脈起始部動脈內膜緩慢增厚，動脈管腔逐漸狹窄以至閉塞，腦基底部大量異常血管網代償性形成為主要特點[1]。MMD 的臨床表現多種多樣，根據首發癥狀可分為梗死型、短暫性腦缺血發作（transient ischemic attack，TIA）型、出血型、癲癇型、頻發TIA型、頭痛型和無癥狀型[2]。顱內動脈進行性狹窄導致的腦缺血癥狀（TIA、腦梗死）和伴隨出現的異常擴張血管引起的腦出血癥狀是MMD 最主要的臨床表現。如何準確預測MMD的卒中風險，是判斷預后和評估手術指征的重要依據。近年來，隨著影像學技術，特別是腦灌注成像技術的進展，各種血流動力學評估技術已成為評估MMD嚴重程度、預測卒中風險和判斷預后的重要手段。近年來，動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）技術受到越來越多的關注。ASL技術是一種利用動脈血液中的水分子作為內源性對比劑實現腦血流成像的功能磁共振技術，是一種非侵入性灌注成像方法，具有無創、可視化、量化和可重復性強等特點，可以高靈敏度地顯示腦組織的血流灌注變化，如新的小范圍缺血[3]。本文對ASL-MRI的常用技術及其在MMD的應用進行綜述。

1 ASL定義及成像原理

1992 年，Williams 等[4]首次提出ASL 的概念，就是利用血液中的水分子作為內源性示蹤劑進行成像。從施加脈沖到采集圖像的時間稱為標記后延遲時間（post labelindelay，PLD），也就是從動脈血被標記到進入目標區域的時間間隔。在被標記的水分子進入感興趣區前后進行兩次圖像收集，通過計算標記和未標記的對照圖之間的磁化差異，即可得到腦實質目標區域的血管灌注結果[5]。ASL 技術不需要注射任何造影劑，且無輻射暴露。ASL 按照常用的標記方式分類，包括脈沖式ASL（pulsed ASL，PASL）、連續式ASL（continous ASL，CASL）及其衍生出的偽連續動脈自旋標記技術（pseudo-CASL，pCASL）。

2 ASL-MRI在MMD中的臨床應用

2.1 常規ASL-MRI與傳統血流灌注評估方法的一致性比較 不同性別和不同年齡的健康人腦血流速度和血流量存在顯著差異。兒童血流速度及血流量在3～8歲達高峰，然后逐漸下降；青年男性腦血流速度常顯著低于青年女性；絕經后女性腦血流速度與同年齡段男性無明顯差異[6]。由于PLD無法準確預估，因此，ASL 采集過程中，PLD 多經驗性設定為2 025 ms[7]。Niibo等[8]報道，與動態磁敏感對比核磁共振灌注成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI）相比，ASL-MRI檢測急性缺血性腦卒中的灌注異常更為敏感。Goetti 等[9]研究表明，對于兒童MMD 的評估，ASLMRI與PET也具有較好的一致性。但單個PLD的單延遲ASL 技術在實際應用中暴露出一定的問題，主要是MMD病人大動脈閉塞和動脈間側支循環開放，血流通過速度減緩、血流到達時間延遲，部分被標記的血液仍殘留在血管內導致在病變區域觀察到蔓狀匍匐的條狀高信號，這種現象稱為動脈傳遞偽影（arterial transit artifact，ATA），延長PLD 時間可以減少ATA。動脈通過時間（arterial transit time，ATT）的延長導致局部血流信號及組織灌注在一定程度上被低估，單延遲ASL 的分析結果往往高估了缺血癥狀。這可能與病變區域血流緩慢，在采集時間內標記血流未進入腦組織造成信號丟失相關[10]。

盡管ATA 是單個PLD 所造成的采集信號延遲顯影現象，但這個現象目前被認為是評估側支循環的開放程度的一個標志。對MMD 同時行DSA 和ASL-MRI的對比試驗（PLD=2.0 s），分別觀察側支循環的開放情況和ATA，結果顯示，以DSA為評價側支循環的金標準，ATA 的敏感度及特異度分別為0.83和0.82[11]。

2.2 多延遲ASL-MRI 技術與MMD 的血流灌注狀態評估 為解決ATT 的延長導致局部組織灌注被低估的問題，多延遲ASL 技術應運而生。多延遲ASL 技術是指在標記后采用多個PLD進行分析某一灌注區域一系列動態數據，稱為多參數多相位動脈自旋標記技術，簡稱多延遲ASL技術。Wang等[12]研究表明，多延遲ASL-MRI 不僅能夠測量腦血流量（cerebral blood flow，CBF），還可以通過分析得到動脈通過時間圖，較單延遲ASL 更好地反映腦血流動力學的狀態。Fan 等[10]對MMD 的研究發現，與單延遲ASL 相比，多延遲ASL得到的CBF值與PET更為接近，可避免腦血管病病人ATT 改變造成的誤差，從而獲得更為準確全面的灌注信息。Wang等[13]對17例MMD行ASL-MRI 與CT 灌注成像檢查，結果表明，通過對灰質和白質的體素分析以及基于感興趣區的歸一化灌注處理，ASL 和CT 灌注成像存在顯著相關性；與單次PLD（PLD=2 000 ms）采集的CBF 相比，使用多延遲ASL 的CBF 和CT 灌注成像的相關性更顯著。由于多延遲ASL與PET有較好的一致性，且無創、無需使用對比劑、可重復高，多延遲ASL可以作為腦血流疾病的篩查方式及隨訪的有效方法。

2.3 ASL-MRI 技術用于評價MMD 術后重建效果及預后 直接血管重建術是目前成人MMD最主要的治療方式之一，雖然能夠即刻改變顱內血供，但短期內劇烈的血流動力學變化引起高灌注現象是主要并發癥之一[2]；同時，短期內缺血區域血供改變情況，也是評價直接血管重建術吻合口通暢情況的重要依據。Lee等[14]應用ASL-MRI技術評價145例MMD直接血管重建術后CBF、側支血流的變化和吻合口的通暢性，結果顯示，與金標準DSA相比，ASL-MRI 可用于識別血管重建術后的CBF 變化，具有良好的診斷性能；而在術后重建的側支血管評估和吻合口通暢性方面，與DSA的一致性為良好和中等。對于兒童MMD，間接血管重建術是目前主要的治療方式[2]。與成人MMD 一樣，DSA 是評價術后血管重建效果的金標準，但間接血管重建術后的側支血管重建是一個緩慢的過程，需要長期、動態的評估。DSA 是一項具有侵入性的檢查方法，并且有一定的并發癥風險，因此無創的血流灌注評估技術是對間接血管重建術效果評估的有效補充方法。Quon等[15]采用ASL-MRI 技術測量15 例MMD 及MMD 綜合征患兒手術前后20 個腦區CBF 值，結果顯示，術后大腦中動脈高位區域的CBF 顯著增加，而同側豆狀紋狀核供血的基底節的CBF 明顯減少，其余腦血管區域無血流灌注改變。Tortora 等[16]通過ASL得到的CBF 值在特定腦組織中的空間變異系數（ASLsCoV）評估ATT，并且與DSC-MRI 得到的CBF 和達峰時間（time to peak，TTP）進行比較，納入37例行腦硬膜顳淺動脈顳肌貼敷術的MMD患兒，術前和術后6、12、24個月采集ASL和DSC-MRI數據，結果顯示，對于大腦中動脈供血區，ASL-sCov可以有效地評價MMD患兒術后腦灌注變化，與DSC-TTP的變化密切相關，均在術后逐漸降低；ASL-MRI 檢測到的CBF較DSC-MRI檢測到的CBF明顯降低，考慮與ATA導致的單延遲ASL-CBF被低估有關。

2.4 新興ASL-MRI技術在MMD中的應用 區域性動

脈自旋標記技術（territorial arterial spin labeling，t-ASL），可以選擇性標記顱內外供血動脈的一條或多條動脈，可以對各動脈的腦供血區域情況進行可視化顯示，可以提供一個直接、相對客觀的局部腦灌注評估結果。Gao 等[17]通過3D-TOF-MRA 與t-ASL 技術結合，以一種無創、無放射性、無增強的方式評估MMD 不同動脈灌注區域的轉移情況，發現5 種不同類型的動脈供血區域，即灌注區域的轉移情況，并且發現單純依靠二級側支循環的灌注區域轉移，可能是引起MMD腦出血的獨立危險因素；而原有的脈絡膜動脈灌注區域轉移可能對MMD 術后出血風險沒有明顯影響。Yuan 等[18]應用t-ASL 技術評估MMD病人顳淺動脈-大腦中動脈分流術后早期顳淺動脈向顱內供血的面積，并且評估手術前后主要腦動脈灌注區域的變化，30例MMD通過t-ASL技術標記顳淺動脈檢測術后的供血范圍，結果發現，14 例（46.7%）可以通過t-ASL 檢測到顳淺動脈術后的供血區域，而16例（53.3%）沒有檢測到（陰性）；陽性組與陰性組術后腦主動脈灌注區域變化差異較大；并且相關結果與CTA有較好的一致性。這提示t-ASL是評估MMD術后重建效果的一種有效的技術。

4D-ASL技術使用準連續動脈自旋標記（pseudo continuous arterial spin labeling，PCASL）為成像基礎[19]。在灌注成像的長PLD 內，同時進行多次短標記時間（label duration，LD）和短標記PLD 的圖像采集，流入動態數據通過改變LD進行多次獲取，每個標記脈沖使用單個時間點數據采集，降低射頻飽和效應，使4D-ASL 可以獲得更高地動脈血管空間分辨率[20，21]。4D-ASL 可以評估MMD 血管的狹窄或閉塞性變化，特別是可以更好地觀察到側支循環血管內血流的動態變化，并且更加清晰地顯示側支血管的末端細小血管，包括軟腦膜的側支血管[22，23]。這為臨床提供了有效的治療策略參考。

綜上所述，目前，腦血流動力學的評估方法眾多，ASL-MRI 是一種安全的、侵入性小的方法，對于兒童MMD，這一點尤為重要。另外，ASL-MRI 可重復性好，對MMD這類需要長期觀察和術后隨訪的慢性進展性腦血管疾病，是更加適合的評估方法。此外，其他以ASL 為基礎的血管成像方法，如4D-ASL技術，為ASL技術發展提供了另一個方向。MMD臨床診治中迫切需求一種無創、定量、穩定、可重復的腦灌注成像方法，ASL-MRI 具有良好的發展前景，值得進一步進行深入研究。