流入飽和技術對多標記后延遲動脈自旋標記圖像動脈“流入偽影”的影響

林天燁，馮 逢，孫應實

(1.北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所醫學影像科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142；2.中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院放射科 疑難重癥及罕見病國家重點實驗室，北京 100730)

動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)為MR灌注技術，無需外源性對比劑即可定量評估腦血流量(cerebral blood flow，CBF)[1]。國內外ASL專家共識[2-3]推薦連續單標記后延遲1 800～2 000 ms進行采集，但動脈狹窄性腦血管病患者腦血流緩慢，動脈通過時間(arterial transit time，ATT)長，導致CBF測量值可能低于實際值；同時，由于大量被標記的血液仍停留于大血管中，使血管走行區出現點、線狀高信號，即動脈通過偽影(arterial transit artifact，ATA)[4-5]。多標記后延遲(multi-post label delay，multi-PLD)ASL常用于獲得腦血管病患者的腦血流重要參數ATT[6]及不同標記后延遲(post label delay，PLD)CBF。ATT隨空間變化緩慢，無需高空間分辨率，故常采用單次或較少的激發次數和平均次數，以在短時間內完成multi-PLD ASL采集[7]。目前采集multi-PLD ASL主要通過順序(sequential-ASL，SASL)[8-9]或Hadamard編碼(Hadamard-encoded ASL，HASL)[10-11]方式，圖像中時見類似ATA偽影，可能系血液 “流入效應”所致，且與激發和重復次數較少有關。本研究觀察流入飽和技術對單次激發multi-PLD ASL中動脈“流入偽影”的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象 于2021年1月—2月納入8名健康志愿者，男5名，女3名，年齡29～60歲，中位年齡42.5歲。納入標準：①無腦部外傷、腦卒中等腦部器質性疾病史；②無顱內動脈、頸動脈或椎動脈中重度狹窄；③無MR檢查禁忌證。本研究經北京協和醫院倫理委員會批準(編號：ZS-1466)。檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR掃描儀，32通道頭部線圈。囑受試者仰臥，以聯合并行采集單次激發螺旋堆疊三維快速自旋回波(single shot accelerated stack of spiral 3D fast spin echo，single-shot FSE)序列采集頭部軸位SASL和HASL。于開始采集前493 ms和1 771 ms各設置1個背景抑制反轉脈沖，使SASL和HASL達到90%背景抑制效果(目標殘余信號強度10%)；于2個背景抑制反轉脈沖之間、反轉脈沖與采集之間各放置1個厚度為120 mm的流入飽和模塊，最佳飽和血流速度為50 cm/s，對標記后等待時間內流入成像區域的血液進行預散相，獲得使用流入飽和及不使用流入飽和的圖像。具體掃描參數：HASL，TR 5 000 ms，TE 9.51 ms，標記時間1 000 ms，PLD 1 000/2 000/3 000 ms，FOV 240 mm×240 mm，層數40，平面內分辨率3.75 mm×3.75 mm，每個PLD共采集5次；SASL，TR 2 800/3 800/4 800 ms，其余參數同前。

1.3 數據分析 采用信號加權延遲法計算ATT[12]。由2名具有3年以上經驗的神經放射學醫師獨立評估SASL及HASL灌注圖像，觀察使用流入飽和前后multi-PLD ASL出現“ATA類似偽影”的頻率和特點，意見不一致時經協商確定。判斷“ATA類似偽影”：發現multi-PLD ASL灌注圖像存在異常高信號、而ATT圖中對應位置未見高信號，提示偽影區域血流灌注ATT并未異常延長，即判定該偽影并非ATA，而屬“ATA類似偽影”。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以配對t檢驗比較不同條件下ASL灌注圖像出現動脈內異常信號的頻率差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

血管內異常信號包括血管內高信號和低信號，常見于血管走行區域，加入流入飽和后，大部分偽影明顯減弱或完全消除，見圖1、2。

圖1 1號受試者，女，29歲 A、B.PLD為1 000 ms時無流入飽和HASL灌注圖像(A)見雙側大腦中動脈近端走行區高信號(箭)，加入流入飽和后，偽影明顯減弱(B)，提示該偽影為“流入偽影”；C、D.PLD為2 000 ms時無流入飽和HASL灌注圖像(C)示雙側大腦中動脈近端走行區低信號(箭)，加入流入飽和后基本消除(D)，提示其為“流入偽影”；E、F.PLD為1 000 ms時無流入飽和SASL灌注圖像(E)見雙側大腦中動脈近端走行區高信號(箭)，加入流入飽和后明顯減弱(F)，提示其為“流入偽影”；G、H.PLD為2 000 ms時無流入飽和SASL灌注圖像(G)示雙側大腦中動脈近端走行區低信號(箭)，加入流入飽和后基本消除(H)，提示其為“流入偽影”

8名受試者共40個時相無流入飽和HASL灌注圖像中，70.00%(28/40)可見動脈內異常信號；而使用流入飽和HASL圖像中僅5.00%(2/40)出現動脈內異常信號，差異具有統計學意義(t=5.02，P<0.01)。無流入飽和SASL灌注圖像中，75.00%(30/40)可見動脈內異常信號；使用流入飽和SASL圖像中僅7.50%(3/40)出現動脈內異常信號，差異具有統計學意義(t=7.33，P<0.01)。使用流入飽和的HASL(5.00%)與SASL(7.50%)時相出現動脈內異常信號的頻率差異無統計學差異(t=-0.51，P=0.63)。見表1。

圖2 3號受試者，男，60歲 A、B.PLD為1 000 ms時無流入飽和HASL灌注圖像(A)示雙側大腦中動脈近端及遠端走行區高信號(箭)，加入流入飽和后近端走行區偽影明顯消除，遠端偽影未消除(B，箭)，提示該偽影可能為ATA；C、D.PLD為2 000 ms時無流入飽和HASL灌注圖像(C)見雙側大腦中動脈近端走行區低信號(箭)，加入流入飽和后基本消除(D)，提示其為“流入偽影”

表1 無/有流入飽和SASL和HASL時相灌注圖像動脈內異常信號出現頻次

3 討論

SASL的出現早于HASL，是簡單的多次標記、多次采集，每次標記后采集不同標記后延遲(post label delay，PLD)灌注圖像，所需時間較長；HASL則將總標記時間劃分為多個短標記區塊，可縮短總掃描時長。本研究對比觀察上述2種multi-PLD ASL實現方式，發現其multi-PLD ASL均存在類似ATA偽影，稱之為“流入偽影”，且表現形式及出現頻率無顯著差異，提示“流入偽影”的出現和multi-PLD ASL實現方式無關，Hadamard編碼不會增加其出現頻率。

本研究證實流入飽和技術可減少或消除類似ATA偽影。既往研究[13]發現ASL時間序列不同時相圖像存在明顯的信號波動，尤其是大血管區域，且該信號波動與空間相關，即同時相圖像整體呈或明或暗變化，全部體素均呈相同變化趨勢，考慮“流入偽影”并非隨機噪聲，可能與心動周期相關，在灌注圖像中表現為高或低信號，波動特點符合心動周期表現，可采用心動觸發去除此種周期性信號波動。此外，“流入偽影”常見于血管走行區域，亦為心動周期相關偽影的常見位置。心動觸發ASL需同步心電監控以及進一步數據處理，操作相對復雜，臨床應用較困難。本研究在掃描序列中加入流入飽和模塊以抑制“流入偽影”，簡便易行，且與真實的ATA無關，后者對受試者血流動力學狀態具有重要提示作用，其出現提示可能存在慢速血流、側支循環等[4-5]。利用流入飽和技術實現了在去除混雜偽影的同時保留有價值的信號，有利于提高臨床解讀multi-PLD ASL數據的準確性。本研究評估PLD灌注加權數據，發現在流入飽和技術不可用的情況下，仔細分析各PLD灌注加權數據有助于區分真實的ATA與“流入偽影”。

本研究以聯合并行采集single-shot FSE序列實現multi-PLD ASL，單次激發采集全腦圖像僅需1個TR，具有較高的時間分辨率。因采集multi-PLD ASL的主要目的在于獲得ATT信息，而ATT并不要求較高的空間分辨率，為在獲取有效信息與控制掃描時間之間達到平衡，multi-PLD ASL多采用較少的平均次數，以在一定程度上犧牲空間分辨率換取較高的時間分辨率。本研究結果顯示，multi-PLD ASL各PLD灌注加權圖像中均部分存在“流入偽影”，提示單次激發對“流入偽影”更為敏感，可能因信號未平均所致。常規PLD ASL的主要目的是獲得高分辨率CBF圖，故采用多次平均以提高空間分辨率，其中并不常見“流入偽影”，原因可能在于“流入偽影”為周期性信號波動，多次平均信號有利于削弱甚至抵消這種波動。

綜上，流入飽和技術可減輕或消除單次激發multi-PLD ASL中的動脈“流入偽影”。但本研究樣本量小，年齡及性別分布不均，代表性不強，且采集時未同步監測心動周期，無法證實“流入偽影”與心臟搏動的關系，有待進一步觀察。