3D pCASL、3D CUBE 及Rapid 灌注分析對單側癥狀性顱內動脈硬化性狹窄患者NIHSS 評分影響因素的評估

顏立群，顏瑾，汪國石，董倩波，穆曉丹，尤明偉，王振常

（1.河北醫科大學第二醫院東院區，河北 石家莊 050000；2.天津醫科大學，天津 300070；3.首都醫科大學附屬友誼醫院，北京 100050）

顱內動脈癥狀性動脈硬化性狹窄患者的神經功能缺損可能受多種因素影響，隨著診斷技術和手段的不斷豐富，我們發現并非所有癥狀性狹窄患者都會發生腦梗死。無論其病理生理學機制如何，患者的神經功能損害可能取決于狹窄動脈下游的血流動力學的變化，而非單純性的血管狹窄程度。目前如何精確地量化狹窄動脈下游的血流動力學變化，發現患者神經功能缺損的影響因素逐漸成為相關領域的熱點與難點。Lyu等[1]采用兩個標記后延遲時間（Post label delay，PLD）（1.5 s 和2.5 s）的3D pCASL 技術分類和量化了單側大腦中動脈（MCA）狹窄M1 段狹窄下游的血流，通過計算得到了分別代表順向血流和側支血流的早期到達血流比率（Early-arriving flow proportion，EAFP）和晚期到達血流比率（Latearriving retrograde flow proportion，LARFP）。Rapid灌注分析軟件是IschemaView 研發的專門針對缺血性腦血管事件進行血流分析、梗死體積測量及半暗帶量化、側支血流評估等一系列指標分析的自動圖像后處理系統，該系統可以根據灌注數據自動獲得預測側支血流和腦梗死進展的指標——低灌注指數比（Hypoperfusion intensity ratio，HIR）。文獻報道顱內動脈血管壁強化（Intracranial arterial vessel wall enhancement，IAVWE）是顱內動脈硬化斑塊不穩定和斑塊急性損傷的影像學征象[2-4]，它很有可能對患者的神經功能產生不利影響。因此，本研究采用了上述兩種腦血流動力學評價方法，并結合局部動脈血管狹窄率、IAVWE 及與動脈硬化相關的實驗室指標等來評估癥狀性顱內動脈硬化性狹窄患者神經功能缺損的影響因素。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究是根據《赫爾辛基宣言》進行的，并且于2021 年10 月28 日由河北醫科大學第二醫院倫理委員會批準（第464 號），該研究已在中國臨床試驗注冊中心（Chinese clinical trial registry，ChiCTR）注冊，注冊號ChiCTR2100053661。

回顧性分析2019—2021 年在河北醫科大學第二醫院就診并住院治療的122 例癥狀性單側MCA M1 段狹窄的動脈硬化患者的臨床及影像資料，癥狀性狹窄被定義為有缺血性卒中或短暫性腦缺血（TIA）發作的顱內動脈狹窄?；颊咴诎l病后3 日內行MRI 檢查，通過電子病歷系統獲得MR 檢查當日的NIHSS 評分及其他相關臨床指標（包括年齡、性別、血壓、血脂、血糖、吸煙史），患者的納入標準包括：①單側MCA M1 段狹窄的動脈硬化患者；②無血管內支架置入，血管內球囊擴張及溶栓治療史；③無腦出血。排除標準包括：①顱內外多發動脈狹窄（狹窄率＞20%）；②MR 采集圖像質量差影響到測量和后處理；③合并顱內外動脈瘤或動脈夾層；④MR檢查禁忌癥；⑤心肌梗死或心功能不全。

1.2 影像學檢查

1.2.1 影像學數據采集

所有患者的MR 檢查均由GE 公司1.5T Signa超導磁共振掃描機（16 通道頭頸線圈）采集，對比劑采用拜耳釓-二乙烯四胺五乙酸（Gd-DTPA）（0.2 mL/kg），掃描序列主要包括結構像（主要為T1WI 和T2FLAIR），彌散加權成像（DWI），雙PLD的3D pCASL 序列，MR 灌注掃描序列，注藥后三維時間飛躍磁共振血管造影（Contrast enhancement three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography，CE-3D TOFMRA）序列以及3D CUBE T1及T2黑血血管壁成像，每個患者采集時間大約為30～40 min。各序列參數如下：①DWI 序列由單次激發平面回波（Echo planar imaging，EPI）序列采集，b值取0 和 1 000 s/mm2，重復時間（TR）＝3 279 ms，回波時間（TE）＝78 ms，視野（FOV）=240 mm，矩陣＝130×130，激發次數（NEX）＝2，層厚＝5 mm；②T1WI 由橫軸位的三維穩態毀損梯度回波（Three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steadystate，3D SPGR）序列采集而來，層數128，FOV＝240 mm，矩陣＝240×240，層厚＝1.0 mm，翻轉角＝20°，采集時間約4 min。③T2WI 由FSE 序列采集，TR＝8 500 ms，TE＝150 ms，層厚＝5 mm，帶寬＝27.78 kHz，矩陣＝256×224，采集時間約4 min。④脂肪及背景抑制3D FSE 序列獲得3D pCASL 數據，TR＝4 590 ms（PLD=1 525 ms）/5 285 ms（PLD=2 525 ms），TE＝10.5 ms，帶寬＝62.5 kHz，層厚＝4 mm，層數＝30，PLD＝1 525 ms 和2 525 ms，采集時間約4 min（PLD=1 525 ms）及4 min（PLD=2 525 ms），FOV＝240 mm，NEX＝3。⑤采用注藥后3D TOF 序列，TR＝19 ms，TE=2.7 ms，FOV=240 mm，矩陣=288×192，翻轉角＝20°，帶寬＝25 kHz，層厚＝1.0 mm。⑥MR灌注掃描采用EPI 序列，TR＝2 000 ms，TE＝30 ms，帶寬＝250 kHz，層厚＝5 mm，翻轉角＝90°，FOV＝240 mm，NEX＝1。⑦3D CUBE T1矢狀位掃描，體素=1×1×1（各向同性），TE=11.48 ms，TR=852 ms，FOV=260 mm，矩陣=256×256，層厚=1 mm，帶寬＝50 kHz，NEX=1；3D CUBE T2矢狀位掃描，TE=73.93 ms，TR=2 402 ms，帶寬=41.7 kHz，其余參數與T1相同。

1.2.2 數據后處理

采用GE AW4.7 圖形工作站對雙PLD 灌注數據進行處理，分別計算獲得3D pCASL 灌注彩圖和腦血流（CBF）圖。采用基于Matlab 2013b 軟件平臺的SPM 8.0 對灌注數據做包括頭部校正、空間標準化、數據歸一化和平滑等多種后處理得到標準化后的CBF 圖。參考Kim 等的方法[5]，從自動解剖標記（Automated antomical labeling，AAL）模板中提取的雙側MCA 供血區的腦區圖（包括大腦皮層、軟腦膜及島葉的皮層）作為蒙片（圖1），并應用于上述CBF圖計算得到CBF 值。參照Lyu 的方法將PLD 1.5s得到的CBF 圖定義為早期到達血流（EAF，即順向血流）灌注圖，而PLD 2.5s 得到的CBF 圖是EAF、晚期到達順向血流（LAAF）和晚期到達逆向血流（LARF）灌注的組合。PLD 1.5 s 時的平均CBF 值代表EAF 的灌注值，LARF 灌注值=（CBF患側PLD2.5s-CBF患側PLD1.5s）-（CBF對側PLD2.5s-CBF對側PLD1.5s），LARF灌注值/CBF對側PLD2.5s×100%=LARFP，LARFP代表側支血流代償能力；而CBF患側PLD1.5s/CBF對側PLD2.5s×100%=EAFP。Rapid 分析軟件計算MRI 彌散和灌注掃描的缺血體積，并按照對比劑到達所有組織的峰值時間（Time to max，Tmax）系統自動計算出不同的Tmax 值灌注體積，自動獲得HIR，采集序列及圖像示例見圖2。

圖1 從AAL 模板中提取的全腦雙側MCA 區域蒙片的示意圖。Figure 1.Mask of a bilateral MCA region extracted from the AAL template.

圖2 1 例59 歲高血壓、糖尿病女性患者的MRI 掃描序列及后處理圖。患者突發單側肢體不利，言語不清，意識模糊3 天入院，NIHSS 評分為7分，DWI（圖2d）顯示右側MCA 供血區腦質內及同側基底節腦質多發斑片狀高信號，注藥后的TOF MRA（圖2a）顯示右側MCA M1 段狹窄，遠端血管顯示欠佳。3D CUBE T1 血管壁成像及多平面重建顯示右側MCA M1 段局部管壁明顯的偏心性增厚（圖2g，2h 及2i 分別為垂直于M1 段長軸的黑血矢狀位T1、T2 像及強化后T1像，圖2j 為MPR 重建后的冠狀位強化T1像，圖2i 和2j 中的白箭分別對應于患側和對側，箭頭所指為局部斑塊），可以看出患者MCA M1 段局限性的管壁增厚，并強化，局部管腔狹窄，T2 像發現局部管腔內的留空現象消失。圖2b，2c為患者PLD 1.5 s 和2.5 s 的CBF圖，圖2e，2f 為相應的3D pCASL 灌注偽彩圖，發現右側MCA 供血區的低灌注表現，Rapid 灌注分析軟件（圖2k）自動分析得到的不同Tmax 的腦體積和HIR 值。Figure 2.MRI scanning sequence and post-processing map of a 59-year-old hypertensive and diabetic woman.The patient was admitted due to sudden unilateral limb disadvantage,slurred speech and confusion for 3 days,NIHSS score was 7 points,DWI imaging(Figure 2d) showed multiple patchy high signals in the blood supply area of the right MCA and the ipsilateral basal ganglia,post-contrast TOF MRA(Figure 2a) showed stenosis of the M1 segment of the right MCA,and the distal vessels were poorly visualized.3D CUBE T1 vessel wall imaging with multiplanar reconstruction showed marked eccentric thickening of the local wall in the M1 segment of the right MCA (Figure 2g,2h and 2i maps were black blood sagittal T1,T2 and T1 imagings after enhancement perpendicular to the long axis of the M1 segment,respectively.Figure 2j was coronal enhanced T1 imaging after MPR reconstruction.Two white arrows in Figure 2i and 2j correspond to the affected side (top) and the contralateral side (bottom),respectively.The arrow pointed to the local plaque).In the figure,the localized wall thickening,enhancement and local stenosis of M1 segment of MCA were observed,and the vascular flowing-void effect was disappeard.Figure 2b,2c were CBF maps at 1.5 s and 2.5 s of PLD in patients,Figure 2e,2f were corresponding 3D pCASL perfusion pseudo-color maps,hypoperfusion in the right MCA territory was found,and brain volumes and HIR values of different Tmax obtained by rapid perfusion analysis software(Figure 2k).

1.3 血管狹窄率確定

本研究采用Owen法[6]測量病變側MCA 的M1段狹窄率：血管狹窄率=（1-狹窄段直徑/正常段直徑）×100。其中狹窄段直徑是指狹窄MCA M1 段管腔最窄部分的直徑，正常段直徑代表病變側MCA M1 段正常部分管腔的直徑。

1.4 統計學方法

應用SPSS 統計軟件（25 版）分析數據，因變量NIHSS 評分為連續變量，自變量中年齡為連續變量，其他包括狹窄率、EAPF、LARFP、HIR、血壓、血脂、血糖、吸煙、性別和IAVWE 在內的自變量均為分類變量。P＜0.05 為差異有統計學意義。采用多元線性回歸分析評估NIHSS 評分的危險因素。

2 結果

122 例患者平均年齡為（61.34±7.391）歲，出現IAVWE 的患者74 例（60.7%），具體基線人口學數據采集結果見表1。多元線性回歸模型的負相關系數R=0.833，提示所有自變量與NIHSS 評分之間的回歸關系密切；Durbin-Watson 檢驗DW 值為1.654，決定系數R2=0.694，提示各自變量間不存在自相關性，模型擬合度良好；方差分析顯示回歸模型檢驗結果中最終回歸模型F 值=22.713，P＜0.001，提示回歸模型具有統計學意義；所有自變量的容差均＞0.1，方差膨脹因子（Variance inflation factor，VIF）均在1～1.5之間，提示自變量不存在共線性；各變量中LARFP（B=-0.990，P ＜0.001）、HIR（B=1.655，P ＜0.001）和IAVWE（B=4.475，P＜0.001）對NIHSS 具有顯著影響，其中LARFP 為負相關，而HIR 和IAVWE 為正相關，提示LARFP 及HIR 代表的側支血流及IAVWE征象對NIHSS 評分具有顯著的影響，而血管狹窄率（P=0.629）、EAPF（P=0.267）、血 壓（P=0.351）、血 脂（P=0.438）、血糖（P=0.232）、吸煙（P=0.931）和性別（P=0.814）對NIHSS 評分的影響無顯著性，具體統計結果見圖3。

表1 122 例單側大腦中動脈M1 段動脈硬化性狹窄的動脈硬化患者的基線人口學數據表

圖3 多元線性回歸分析結果。Figure 3.Results of multiple linear regression analysis.

3 討論

3.1 癥狀性顱內動脈硬化狹窄患者的神經功能缺損影響因素分析

臨床經驗和大量文獻研究的結果顯示動脈硬化患者的神經功能缺損及預后與顱內動脈管腔的狹窄率無顯著相關性。本研究結果表明，相關患者的神經功能缺損與IAVWE 及HIR 有關，而與局部血管狹窄率等其他因素無關。本研究方法中采用的EAFP和LARFP 也在Lyu 等的研究中通過數字減影血管造影技術（DSA）的改良腦梗死溶栓分級（modified thrombolysis in cerebral infarction，mTICI）量表和美國介入和治療神經放射學學會/介入放射學學會（American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology，ASITN/SIR）側支循環評估量表被證實與順向血流和側支血流的顯著相關性[1]。過去對于動脈硬化斑塊的發生、演變及風險認識并不深入，隨著磁共振高分辨血管壁成像技術的快速發展，使我們能夠更加深入的評估顱內動脈硬化斑塊對患者神經功能缺損產生的影響。盡管我們發現IAVWE 與神經功能缺損相關性顯著（P＜0.001），但由于其無法像顱外動脈那樣通過影像-病理學對照進行證實，因此大多數文獻認為IAVWE 可能是不穩定動脈硬化斑塊的一個重要影像學征象[2，7-8]，因此，IAVWE 的確切機制及其對斑塊下游的腦血流和患者神經功能缺損產生的影響仍有待進一步深入研究。另外，本研究顯示與側支血流密切相關的LARFP、HIR 也會影響患者的神經功能缺損，而代表著順向血流的EAFP 和血管狹窄率對其并無顯著影響。本研究結果與早期的具有代表性的幾項研究（如MR CLEAN、ESCAPE、DAWN 和DEFUSE 3等[9]）結果一致，這一結果再次提示對側支血流進行影像學評估在臨床診斷及治療中的重要性。

3.2 狹窄動脈下游腦血流動力學評估

目前腦側支血流的精確量化仍是相關領域的難題，本研究采用雙PLD 的3D pCASL 技術，測量得到的EAFP 及LARFP 兩個指標在Lyu 的研究中已經被證實與常規血管造影中測量得到的順向和逆向血流具有顯著相關性[1]。雖然側支血流非常重要，但是Lyu 等的研究也證實了EAFP 占下游腦灌注的比例要大于LARFP（16.1%±10.2%），但其對患者神經功能缺損及預后的影響并非起到決定作用[1]。FDA批準的Rapid 灌注分析系統是專門針對缺血性腦血管事件進行血流分析、梗死體積測量及半暗帶量化、側支血流評估等一系列指標分析的自動圖像后處理系統，參與了一系列包括DEFUSE 3 和SWIFT 在內的著名臨床試驗[10-12]。本研究結果發現HIR 與患者的神經功能缺損顯著相關（P＜0.001），HIR 是代表腦缺血區低灌注的強度，是預測側支血流和腦梗死進展的重要指標，因此HIR 的減低降低了狹窄動脈下游的側支血流，對患者的神經功能造成了不利影響，本研究結果與文獻報道一致[13]。

3.3 IAVWE 影響患者神經功能的可能原因

軟腦膜側支血流被認為是缺血性卒中側支血流代償的重要組成部分，也是臨床選擇治療方案及治療效果最重要的評價指標，但為什么不同的個體之間側支血流的差異如此巨大，這在當前的影像技術層面和研究領域中仍然無法完全解釋。早在2016 年開展的一項動物實驗[14]中發現，一種新的附屬基因（Rab GTPase-binding effector protein-2，Rabep2）發生的自然變異，導致了小鼠中風解剖學側支血管數量、血流動力學狀態和梗死面積的巨大差異，目前正在對人類進行相關基因驗證。最近的研究發現，很多腦血管病始發于血管壁本身，特別是一些隱源性卒中，而磁共振血管壁成像中的IAVWE 可能是缺血性卒中發生的重要因素，很可能對病變血管下游的血流產生了某種不利影響。本研究結果也顯示IAVWE 對患者的神經功能造成了不利影響。目前，IAVWE 的確切機制仍不明確，但基于文獻報道，動脈硬化性IAVWE 的原因可能是多方面的：炎癥、新生血管及管壁纖維化都被認為可能是血管壁強化的病理學基礎，其中的炎性損傷可能更為重要[3，15-16]。盡管已經有很多有關強化動脈硬化斑塊的解剖學形態、MR 強化信號強度等病理及影像學分層研究[17]，但不穩定斑塊的形成和演變機制仍不明確，文獻報道由炎癥細胞介質（包括巨噬細胞和T 細胞譜系）的IAVWE，可能通過炎性反應破壞血腦屏障并部分介導新生血管的形成，這一過程很可能是高危斑塊的成因[18]，因此IAVWE 對于癥狀性顱內動脈硬化性狹窄患者神經功能缺損的影響可能比血管的解剖學形態改變更加重要，今后IAVWE 的相關影像及病理學對照研究仍有待深入開展。

3.4 本研究的局限性

首先，本研究采用的雙PLD 的ASL 成像技術是一種基于文獻的經驗性方法，由于個體腦血流動力學的復雜性，依照PLD 1.5 s 和PLD 2.5 s 計算和量化順向和側支血流并不精確，對于順向和逆向血流的絕對量化非常具有挑戰性；其次，本研究僅僅搜集和記錄了IAVWE 的有無，并未對強化斑塊的形態結構和MR 信號強度進行分層，進一步深入研究有待于今后開展；另外，本研究LARFP 量化了側支逆向血流，但是仍無法提供側支血流來源的確切信息，這個限制也是該研究領域內的重要挑戰，解決此限制可能需要更先進的成像方法，如血管選擇性ASL等高級技術的支持；最后，本研究方法假設患側與正常側MCA M1 段下游的理想腦灌注狀態相同，但是在實際的個體，即便是正常人群，雙側MCA M1 段下游的腦灌注也會有輕微差異，這種個體的精細區分和研究更具挑戰性。

綜上所述，IAVWE 可能是癥狀性顱內動脈硬化性狹窄患者神經功能缺損的重要影響因素，需要在今后的研究中給與重點關注，對未來有關側支血流新的影像評估手段應進行重點研究，這對于研究患者神經功能缺損的機制、及早發現或預防神經功能損害至關重要，對患者的分層、臨床治療及預后也有重要的指導意義。