多反轉恢復時間的磁共振動脈自旋標記灌注成像在缺血性腦血管病中的臨床應用價值

徐曉晗，曹際斌，孫文閣，李松柏

（中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽 110001）

缺血性腦血管病（Ischemic cerebral vascular disease，ICVD）是腦血管疾病中的重要組成部分，主要包括短暫性腦缺血發作（TIA）和腦梗死。由于有腦循環儲備力（CCR）的調節，腦組織早期發生缺血時腦血流量變化不明顯；而當CCR 失代償時，神經元突觸傳遞首先發生衰竭，繼而細胞膜泵發生衰竭，腦組織發生了不可逆的損害[1]。在腦缺血早期，通過使用影像學的檢查方法發現腦血流灌注的異常改變，為臨床的診斷及治療提供依據，提高治療效果及改善預后[2]。

動脈自旋標記成像（ASL）是利用動脈血中的質子作為內源性、可自由擴散的示蹤劑進行顱腦灌注的技術，隨著近年來磁共振三維動脈自旋標記灌注成像（3D ASL）技術的發展，圖像質量、成像范圍、成像速度都有了很大的提高，越來越多的應用于臨床工作中。臨床上最為普及的ASL 技術是使用一個反轉恢復時間（TI）的單一TI ASL 技術，TI 值常規選擇2 200 ms 左右。因為正常頸部動脈標識2 200 ms左右大部分被標識的腦動脈血流到達腦部。但是，受檢者有個體差異，特別是在有腦血管基礎病變時，這種差異可能更大。故本研究應用多組TI 值對缺血性腦血管病患者進行3D ASL 灌注成像檢查,以確定采用多反轉恢復時間的3D ASL 應用于ICVD 腦灌注情況的臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析我院2020 年6—12 月臨床診斷為ICVD 且缺血區域在大腦前循環供血區的患者45例，男34例，女11例，年齡39～80歲，平均（60.89±9.60）歲。其中腦梗死患者19例，TIA 26 例。本研究經我院倫理委員會批準，所有患者檢查前簽署知情同意書。

患者入組標準：患者均為近期急性發病，①腦梗死：在彌散加權成像上可見彌散受限高信號梗死區。②TIA：一過性或短暫性、局灶性腦或視網膜功能障礙，發病24 h 內癥狀完全緩解，不遺留神經功能缺損癥狀和體征，影像學檢查無責任病灶。在3 組TI值的3D ASL 掃描的CBF 灌注圖像上，至少有一組TI 值的CBF 灌注圖像上肉眼可見明確的低灌注區。兩組患者在常規MRI 均無顱內出血、顱內占位病變、研究病變側無明顯陳舊病灶。無顱腦手術史。既往史中未記錄腦血管病發作歷史，臨床發病過程、癥狀符合腦血管病典型表現。

1.2 檢查方法

儀器設備：使用佳能Vantage Titan 3.0T 磁共振成像系統，頭顱矩陣線圈。掃描時取仰臥位。囑患者盡可能減少頭部運動，患者頭部兩側進行軟物填充，來減少掃描過程中移動造成的偽影。所有患者行常規顱腦磁共振掃描、彌散加權成像及三組反轉時間的3D ASL 序列檢查。

MRI 常規掃描：首先掃描軸位T1WI（TR/TE：1 800 ms/15 ms），T2WI（TR/TE：5 000 ms/120 ms），T2WI FLAIR（TR/TE：8 000 ms/136 ms）。掃描18層，層厚6 mm。矢狀位T1WI（TR/TE：2 100 ms/10 ms），掃描16層，層厚5 mm。

DWI：TR：3 700 ms，TE：90 ms，b=1 000。掃描18層，層厚6 mm。

3D ASL 掃描：TR：6 ms，TE：2.1 ms，視野：250 mm×250 mm，激勵次數：6。TI 分別為1 800 ms、2 200 ms、2 600 ms 進行3 次3D ASL 掃描，掃描范圍覆蓋大腦和小腦。掃描時間分別為163 s、199 s、235 s。

圖像處理方法：掃描結束后，運用佳能Vantage Titan 3.0T 主機配置的M-power 軟件進行ASL 后處理及數據的測量。

腦梗死組：利用后處理工具，結合DWI 圖像彌散受限高信號區，在DWI 最大彌散受限高信號區的層面，盡量劃取高信號區域為感興趣區（ROI），同一患者在三組不同TI 值的3D ASL 掃描的CBF 灌注圖像上取相同位置繪出相同面積、相同形狀的ROI。分別測出患側的TI 值等于1 800 ms、2 200 ms 和2 600 ms 的局部腦血流量并取最大值為CBFmax，最小值為CBFmin，TI=2 200 ms 時的局部腦血流量為CBF2200。

TIA 組：利用后處理工具，在肉眼可見的最大面積低灌注區域層面，劃取低灌注區域為ROI，同一患者在上述3 個TI 值測得的CBF 灌注圖像上繪制相同位置、相同面積、相同形狀的ROI。分別測出患側，即腦組織低灌注改變一側局部腦血流量并取最大值為CBFmax，最小值為CBFmin，TI=2 200 ms 時的局部腦血流量為CBF2200。

1.3 統計學方法

2 結果

在3D ASL 掃描中，統計CBFmax、CBFmin在3 組TI 值的3D ASL 序列中出現的例數，及出現例數占總患者數的百分比見表1。結果顯示腦梗死組與TIA 組CBFmax、CBFmin并沒有只出現在某一組中，而是在三組中均有出現，分布較分散。

表1 CBFmax、CBFmin 在3D ASL 掃描中各TI 值下出現的例數及占總患者數的百分比（n=45）

比較腦梗死組和TIA 組單TI CBF2200及多TI CBFmax、CBFmin值，結果見表2。兩組間CBFmin沒有統計學差異，CBF2200、CBFmax有統計學差異，腦梗死組的CBF 值更小。

表2 腦梗死組與TIA 組3D ASL CBF 值的比較（mL/（min·100 g））

腦卒中根據發病時間可分為：超早期（發病≤6 h）、早期（發病＞6～72 h）、急性晚期（發病＞72 h～1周）、恢復期（發病＞1 周～6 月）。本實驗以此為依據，排除發病時間＞7 d 的患者，將發病時間按照≤3 d和＞3～7 d 分組，分為急性早期、急性晚期，分別對腦梗死組患者、TIA 組患者的CBF2200、CBFmax、CBFmin進行比較，結果見表3。腦梗死組患者急性早期、急性晚期組間CBFmax有統計學差異，急性晚期腦梗死患者CBFmax更大。TIA 組患者急性早期、急性晚期組間CBFmin有統計學差異，急性早期CBFmin值更小。

表3 不同發病時間腦梗死組、TIA 組3D ASL CBF2200、CBFmax、CBFmin 值比較（mL/（min·100 g））

3 討論

研究顱腦灌注最早的影像學方法為核醫學成像，逐漸發展到CT 灌注、MRI 灌注。磁共振灌注成像屬于功能性成像方法，它能夠定量的測量出腦血流灌注情況，對腦組織血流灌注異常很敏感。主要包括兩種類型：基于外源性釓對比劑的灌注MRI 和非對比劑灌注MRI。其中外源性釓對比劑灌注MRI 包括采用動態增強MRI（DCE-MRI）和動態磁敏感對比MRI（DSC-MRI）。通過團注外源性釓對比劑，如Gd-DTPA，動態分析對比劑從血管內滲透進入血管外細胞外間隙（EES）的分布狀況，利用時間-信號曲線動態分析對比劑從血管內滲透進入EES 的信號改變，并擬合藥代動力學模型進而獲得血管通透性的定量參數，如容積轉移常數（Ktrans）、血管外細胞外容積分數（Ve）、血漿容積分數（Vp）、平均通過時間（MTT）、達峰時間（TTP）、局部腦血流量（rCBF）、局部腦血容量（rCBV）。與外源性對比劑灌注MRI 的灌注不同，非對比劑灌注MR 成像是利用磁場改變血液中水分子的磁化矢量，使其成為“內源性對比劑”。通過監測血流中帶有磁化標簽的水分子在微血管內外的遷移過程評估微血管通透性。常用非對比劑灌注MRI 包括動脈自旋標記（ASL）、體素內不相干運動（IVIM）和化學交換飽和轉移（CEST）成像技術[3]。DCE-MRI、DSC-MRI 需要注射外源性對比劑，有發生過敏反應及腎源性系統性纖維化的風險，釓的腦沉積風險[4]。而ASL 不需要注射外源性對比劑，不存在使用對比劑的各種風險，重復性高[5-6]，且因為ASL是利用動脈血中的水分子作為示蹤劑，水分子是可以自由穿過血腦屏障，受血腦屏障影響較少，能夠更真實的反應腦組織的灌注情況，在臨床診斷中更具優勢。ASL 技術與PET、SPECT、CTP、DCE-MRI、DSC-MRI 測得的數據具有高度的一致性[7-11]。本研究采用的是3D ASL 技術，與2D ASL 相比，3D ASL 不僅減少了圖像的失真[12]，還提高了圖像的質量、信噪比，使得灌注對比結果更加可靠，能夠更敏感的發現腦組織血流的灌注異常[13]。

圖1 男，55 歲。言語不清、左下肢活動不靈3 d。臨床診斷急性腦梗死。圖1a～1f 分別為T2WI、FLAIR、DWI、ASL 灌注圖（TI 分別為1 800 ms、2 200 ms、2 600 ms）。圖1a～1c 示右側胼胝體斑片狀近期梗死灶，經后處理后，梗死區在TI=2 600 ms 時CBF 值最大，灌注圖上顯示圖1f 梗死區低灌注程度小于圖1d，1e。Figure 1.A 55-year-old male.Unclear speech and poor activity of left lower limb for a week.Clinical diagnosis was acute cerebral infarction.Figures 1a～1f: T2WI,FLAIR,DWI and ASL perfusion diagrams respectively(TI values are 1800ms,2200ms and 2600ms respectively).Figures 1a～1c showed patchy recent infarcts in the right corpus callosum.After post -processing,the CBF value in the infarcted area was the largest when TI=2 600 ms.The perfusion diagrams showed that the degree of low perfusion in the infarcted area in Figure 1f was less than that in Figure 1d,1e.

被標記的動脈血經過一段時間到達毛細血管網，然后被采集得到標記圖像。標記信號從標記層面到采集層面的時間間隔即為TI，而TI 是可調的參數之一[14]。但在實際工作中，由于每個患者的血管情況不同，TI 的選擇是經驗性的，由于這種不確定性，導致CBF 的定量出現偏差，會造成對CBF 值的低估[15]。動脈到達時間（ATT）是指受試者被標記層面動脈血液流動到ROI 所在組織（如腦組織）腦血管的通過時間。最理想的情況是將TI 設置略長于患者的最長ATT值，使被標記的血液在圖像采集前完全達到目標組織[16]，但是不同患者間，甚至同一患者的不同腦區之間或者不同生理病理狀態下的ATT 值都可能不同，因此多TI ASL 可以獲得更加準確的腦血流灌注信息[17-19]。所以為了減少這種對于CBF值的低估，本實驗對患者進行了3 組TI 值的3D ASL 掃描，得到3 組CBF 值取最大值為CBFmax，我們認為CBFmax是3 個TI 值下的CBF 中最為接近真實的腦血流量的。臨床上最為普及的ASL 技術是使用一個TI 的單TI ASL 技術，TI 值常規選擇2 200 ms左右，因為正常頸部動脈標識2 200 ms 左右大部分被標識的腦動脈血流到達腦部，我們測得TI=2 200 ms時的局部腦血流量為CBF2200。根據以往的經驗，我們認為較短的TI 可以反映責任血管的情況，如血管的粗細、路徑的長短，而較長的TI 更能反映灌注的真實結果[20]，在我們的研究中，無論是腦梗死組，還是TIA組，CBFmax、CBFmin值均可出現在3 組TI 值的3D ASL 掃描中任一組中，并且出現的頻率比較分散，而不是CBFmax出現在長TI組，CBFmin出現在短TI組，這可能與每個患者的個體差異、腦血管基礎情況相關。

根據表2 我們發現，腦梗死組與TIA 組CBF2200、CBFmax有統計學差異，腦梗死組CBF 低于TIA組，說明腦梗死的供血血管病變更嚴重，造成腦灌注持續異常，而TIA 一般為一過性腦供血不足，當血壓升高時，腦灌注恢復，癥狀即緩解。而CBFmin沒有統計學差異，CBFmin是多TI ASL 中最小的CBF值，它并不能反映真實的腦血流量。

根據發病時間分組，腦梗死組發病急性早期和急性晚期之間只有CBFmax值有統計學意義，腦梗死患者急性早期由于責任血管的突發梗塞，造成梗死區域腦血流量的急劇下降，而隨著時間的推移，側支循環逐步形成，使得腦血流量漸漸恢復。而TIA組患者，急性早期與急性晚期之間的CBFmax值沒有統計學差異，TIA 是一過性或短暫性的腦灌注下降，當血壓升高腦灌注很快恢復；但是CBFmin有統計學差異，盡管CBFmin不能反映真實腦血流量，但是可以敏感的發現患者腦內低灌注區的存在（圖2d），在TI=1 800 ms時，雙側大腦半卵圓中心腦血流量未見明顯差異，但當TI=2 600 ms 時（圖2f），右側半卵圓中心腦血流量明顯低于健側，能夠更敏感的發現TIA低灌注區，為TIA 的診斷提供影像學支持。腦梗死與TIA 同屬缺血性腦血管病，并且TIA 發生后會增加近期發生腦梗死的風險[21]，多TI 3D ASL 可以更加準確敏感的檢出TIA 腦灌注變化，為臨床治療提供更多信息。

本研究的局限性：本研究樣本量偏小；受檢者有個體差異，尤其可能存在基礎血管病變，這個問題并沒有納入考慮；與其他的灌注成像技術相比，ASL 只有一個CBF 灌注參數，另外由于TIA 患者常規頭磁共振圖像上沒有明確病灶，僅憑ASL 灌注偽彩圖手工測量CBF值，有可能存在偏差。

缺血性腦血管病的患者由于血流動力學的改變，單TI ASL 無法準確評估CBF，使用多TI ASL能得到更接近真實腦血流量的CBF 值。另外，多TI ASL 也只有一個灌注參數CBF，不能全面反映腦血流動力學的更加敏感的其他參數。近年來，利用multi-phase TI 采集的CBF 數據，制成動態CBF 曲線，得到血流到達時間（BAT）等新方法的應用[22]，也會給這方面的研究帶來新的可能。

綜上所述，多TI 3D ASL 比單TI 3D ASL 能更加敏感地發現ICVD 的腦灌注異常，可以更加準確地反映缺血性腦血管病的腦灌注情況，為臨床早期發現、盡早治療、改善預后提供更多幫助。